电力系统无功补偿技术的应用与发展

摘要：在现代电力电子技术快速发展的背景下，受到非线性负载因素的冲击性影响，可能导致电力系统所对应的务工损耗增大，降低了电网中电能的利用。由此可见，对电力系统进行无功补偿有着非常深刻的现实意义。文章即从这一角度入手，在对无功补偿主要价值进行分析的基础上，对无功补偿技术的应用方法和发展方向进行了研究。

关键词：电力系统；无功补偿技术；电力电子技术；非线性负载；负载元件；网络元件 文献标识码：A

中图分类号：TM73 文章编号：1009-2374（2015）16-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.067

在电力系统的运行过程当中，绝大部分的负载元件以及网络元件都需要消耗一定的无功功率。若无功功率在供给方面出现一定的问题，则可能会导致整个电力系统的流经电流明显增大，也可能对相关供电设备的视在功率水平造成一定的影响。除此以外，无功功率供给不足还会对电力系统终端用户的启动、控制设备运行造成影响，增加设备损耗以及线路损耗，提高变压器乃至系统线路降压水平，造成电网电压的剧烈波动。因此，从确保电力系统稳定运行的角度上来说，做好对无功功率的补偿工作有着非常重要的意义与价值。本文即围绕电力系统无功补偿技术的应用展开分析，同时对其发展趋势与方向进行简要介绍，具体分析如下：

1 无功补偿的价值分析

在电力系统的运行过程中，受到非线性负载的冲击影响，会导致无功功率的供给出现一定的问题，此时需要通过无功补偿的方式来弥补其不足，达到维持系统稳定运行的目的。具体而言，在电力系统中进行无功补偿的价值有以下三方面：

第一，电力系统无功补偿能够提高整个供电系统以及负载的功率因数，从而降低设备容量，减少因线路运行而产生的功率损耗。

第二，电力系统无功补偿能够使受压端以及整个电网系统的电压水平倾向于稳定状态，促进供电质量的合理提升。特别是在远距离的输电线路中，视情况增设动态无功补偿装置对于稳定系统运行，提高输电效能意义显著。

第三，电力系统无功补偿具有较好的适应性，特别是在三相负载不对称的环境下，引入无功补偿技术能够促进三相负载倾向于平衡状态。

2 无功补偿技术的应用

在当前技术条件支持下，电力系统无功补偿所采取的方法类型众多，主要包括同步发电机、同步电动机、并联电容器、静止无功补偿装置以及静止无功发生器等。其中同步发电机、同步电动机已经逐步被电容器以及新型静止无功发生器所取代，而新型静止无功发生器以其独特的应用优势与发展速度在无功补偿领域中受到了越来越广泛的重视。

在以上多种无功补偿技术当中，以同步发电机模式为最早应用的补偿设备之一，这种补偿方式的运行效率低下，已逐步被淘汰。在此之后，并联电容器在无功补偿中得到了应用，它是通过降低电压相量与电流相量相位差的方式，提高回路功率因数，但由于存在谐波干扰的问题，同样较少使用。随着现代电力电子技术的发展，静止无功补偿装置得到了整个行业的关注与重视。1967年，英国首先制成了第一批自饱和电抗器下的静止无功补偿装置，被尝试应用于115kV电网系统中，取得了满意的无功补偿效果。当前，静止无功补偿装置的具体结构有两种类型：第一是基于半导体控制投切电容的静止无功补偿装置。这种无功补偿装置的主回路上有多台电容器保持并联关系，根据系统所需的无功电流大小来决定补偿电流的水平以及电容的投入数量；第二是基于可抗电抗器的静止无功补偿装置，它的主回路上通过控制双向晶闸管导通角的方式发挥对电抗器电流的控制目的。

当然，在具体工作中，以上两种结构的静止无功补偿装置可以混合使用，一方面解决因单独使用半导体控制投切电容可能出现的电流无法持续补偿问题，另一方面可以解决因单独使用可抗电抗器可能出现的大容量补偿体积过大问题。

在静止无功补偿装置的基础之上，新型静止无功发生器的应用同样得到了各方人员的关注与重视。这种无功补偿装置的主要通过电抗器或采取直接的方式将自换相桥式电路与电网并联，对交流侧输出电压相位以及电压幅值进行调整的方式，让电路实现吸收或发出所需无功电流的目的。相对于静止无功补偿装置而言，这种无功发生器的优势在于调节速度快、运行范围广、谐波干扰小。

3 无功补偿技术的发展

根据以上分析来看，无功补偿技术在近年来取得了非常显著的发展成效，在无功补偿效能方面也有一定的完善。然而在当前的无功补偿技术方案中，还存在一定的不足，未来在无功补偿技术上还需要向着以下三个方向做进一步的发展：

第一，合理应用新型信息检测技术以及信号处理技术，当前大量的理论与实践研究已经证实——广义瞬时无功功率检测方法即便是在电网电压出现畸变或不对称问题的情况下，仍然能够对基波正序瞬时无功电流以及不对称（高次谐波）瞬时无功电流进行准确的分离。在此基础之上，根据分离得到的不同类型的瞬时无功电流，在无功补偿时有选择性地进行部分补偿或完全补偿，整体运行效能好，未来需要进一步探索将这种信息检测技术与无功补偿装置的融合方法。除此以外，考虑到电力系统具有数据规模庞大、数据质量整体水平较低以及数据量大等方面的特点，同时系统要求相关装置能够根据所接收的数据快速、高效地做出反应，因此，在无功补偿装置方面，还需要探索将其与数据挖掘技术以及粗糙集技术的融合方法，以提高无功补偿装置在处理庞大数据以及获取重要信息方面的能力。

第二，促进控制理论、控制方法的发展。在现代计算机技术快速发展的背景之下，无功补偿装置中现代化的控制器、控制方法以及控制理论得到了非常深刻的体现。在无功补偿装置系统设置中，通过引入新型的数字化处理器，不但能够使数据采集的工作效率得到提高，还对处理的精度、实时性有重要影响，通过对控制方法的完善达到提高无功补偿装置运行效能的目的。

第三，提高电力电子器件性能。在整个电力系统当中，所使用电子器件的具体性能将对整个无功补偿装置的运行效率产生直接性的影响。因此，为了提高无功补偿装置的运行效能，可以尝试从材料、技术、工艺等多个方面入手，提高基于半控制或全控制电力电子期间的性能。特别是在国内当前技术水平比较薄弱的全控型电子期间中苦下功夫，能够为无功补偿技术的应用带来非常深远的影响。

4 结语

电力系统在多个行业与领域中都有着非常广阔的应用空间，无功补偿的应用范围也在持续不断地扩展。同时，随着电力电子技术、控制理论以及计算机技术等研究工具的不断发展与创新，无功补偿在整个电力系统中所处的地位也越来越关键。正是由于无功补偿技术在电力系统运行中发挥着关键性的作用，在近年来，无功补偿技术取得了长足的发展与进步，当然未来还需要向着更好的方向发展，以促进其综合运行水平的不断提高。

参考文献

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[2] 饶万里.无功补偿技术在电气自动化中的应用探析[J].硅谷，2014，（20）.

[3] 王洪艳.低压供电系统无功补偿技术探析[J].电子世界，2014，（5）.

作者简介：司静（1980-），女，河北人，秦皇岛港股份有限公司第六港务分公司工程师，研究方向：变电所供电、运行、管理，中压设备，低压设备，电能补偿。

（责任编辑：蒋建华）