电力系统中无功补偿装置的应用分析

周元

（西安西电开关电气有限公司，陕西 西安 710075）

电力系统中无功补偿装置的应用分析

周元

（西安西电开关电气有限公司，陕西 西安 710075）

无功补偿能够降低供电变压器及输送线路的电能损耗，提高供电效率，改善供电环境，对于保障电力系统的正常运行发挥着至关重要的作用。合理选择无功补偿装置，能够对电力系统运行起到正向作用，而如果无功补偿装置选用不当，则会引起电压波动、谐波增大等问题。因此，必须要明确无功补偿装置的分类，并结合实际情况，科学选择无功补充装置，并最终达到电力系统“降耗提质”的效果。

电力系统；无功补偿装置；原理；应用分析

1 无功补充的原理

根据电能的作用形式不同，将电网输出功率分为有功功率和无功功率两部分。其中有功功率就是指将电能转化为实际可用的动能、热能或化学能，为人们日常生活或企业工作提供必要的动力能源；无功功率就是电力输送过程中消耗的电能，这部分电能转化为另一种形式的能，以供电力系统中的电气设备运行。这里所指的“无功”，并不等同于“无用”。无功补偿的本质实际上是利用一种无功补偿器所发出的无功来抵消负载或潮流的无功部分，以减轻输电线路的负担。这种无功补偿器可以给电网提供所需的无功功率，也可以根据电网需求从电网吸收无功功率。理论上“无功电源”本身是不产生也不消耗任何有功功率的，因此，它不需要原动机，只需在适当时刻能提供或吸收所需大小的无功功率即可完成无功补偿的任务。

2 无功补偿装置分类及选择

2.1 机械旋转类无功补偿装置

作为最早应用的无功补偿装置，机械旋转类无功补偿装置发挥着无功调节、静态电压稳定的作用。与现代常用的静止类无功补偿装置相比，机械旋转类无功补偿装置是借助于转子绕组的励磁电流调节，进而达到调控无功功率输出的目的。具体的装置包括同步调相机、同步发电机、同步电动机三类。

（1）同步调相机。从本质上来说，同步调相机可以近似看做一台同步电动机，两者间的主要区别在于同步调相机运行过程中不会产生负载。同步调相机的补偿特点是它既能够过励磁运行，也能够欠励磁运行。当过励磁运行时，同步调相机生成感性无功功率，此时起到升压的效果；反之，欠励磁运行时能够吸收感性无功功率，进而达到降压的效果。由于无功补偿灵活，因此同步调相机在早期的电力系统中有着广泛的应用。

（2）同步发电机。在传统的电网中，同步发电机也是一种常见的无功补偿装置。但是随着电力系统向信息化和智能化方向发展，同步发电机的无功补偿效果难以满足电力系统的运行需求，逐渐被其他装置所代替。同步发电机的无功补偿原理与同步调相机大体类似，但是同步发电机不仅能够调节发电机的励磁电流，而且能够有效控制发电机的输出电压，进而实现了对无功功率的调控。但是同步发电机的调控功能相对有限，通常情况下，其调控幅值的大小会受到发电机运行电压的影响。

同步发电机不适合用作无功补尝装置的原因在于，发电机自身的电容较小，且运行过程中内部电压的波动幅度较大，容易造成电路运行不稳。尤其是在发电机超负荷运行的状态下，很有可能因功率过大而击穿绝缘层，引发电机故障。另外，随着相关技术的发展，越来越多的无功补偿装置得到了应用，同步发电机原有的应用优势不够明显，因此通常不会作为无功补偿装置的首选对象。

2.2 静止类无功补偿装置

静止类无功补偿装置没有旋转部分，整个设备在运行过程中处于相对静止状态。静止类无功补偿装置与旋转类无功补尝装置相比，体积更小、效率更高，并且由于采用集成化控制，因此系统的响应速度快。目前电力系统中所用的无功补偿装置中约有 80%以上采用静止类无功补偿装置，具体包括固定电容、晶闸管控制电抗器、静止无功补偿器等。

（1）固定电容。利用固定电容实现负载侧无功补偿，具有结构简单、经济实用的应用优势。但是在实际应用中也发现，固定电容的应用缺点也比较明显：在电容通电的瞬间，其瞬时电压往往要超过额定电压的几十倍甚至上百倍，此时电容内部电流超载运行，很容易击穿电容，直接造成设备的损坏。除此之外，固定电容只能实现分级补偿，这也就意味着无功补偿的效果十分有限，并且逐级补偿也会浪费较多的时间，很难保证无功补偿和电力系统调控的实时性。

（2）晶闸管控制电抗器。电力系统实际运用中的晶闸管控制电抗器结构较为复杂，但是基本的组成部分包括固定电抗器和双向导通晶闸管。作为一种感性无极补偿器，晶闸管控制电抗器可以根据晶闸管内部电压的变化，来实现对感性电抗的无极调节。例如，电力系统中的负荷电压会时刻发生变化，尤其是在夏季用电高峰期，需要及时调节电力系统的输电流量，避免因局部电压过高而导致电网瘫痪。晶闸管控制电抗器的作用就是采用电抗性补偿措施，在用电高峰期临时提高电网电压上限，确保电力系统始终维持在正常运行状态。

3 无功补偿装置的优越性

3.1 操作便捷

现阶段应用的无功补偿装置，大多采用单片机进行数据处理和信息分析，极大的提高了系统运行效率。在设备安装之前，由专门的技术人员将控制程序录入到单片机中，从而实现了无功补偿装置的自动化运行。同时，每台装置上设置人机交互界面，便于管理人员及时掌握电力系统的运行情况，或是通过界面操作调取历史数据、下达控制指令等。

3.2 通讯灵活

在无功补偿装置内部安装无线传输和接收装置，能够利用终端计算机实现远程无线控制和实时通讯。通常情况下，无功补偿装置内部的单片机上有多个通信串口，且每个串口与无功补偿装置的一部分设备相连。这样一来，单片机的控制指令就能够从串口及时发送出去，从而达到了动态控制的效果。而这些控制指令，既可以由数据库直接调用，也可以通过无线通讯装置，进行远程传输。

3.3 模块集成

结合以往的工作经验可以发现，电力系统无功补偿装置逐渐向小型化、智能化方向发展。以现阶段广泛应用的静止类无功补偿装置为例，其内部大多采用集成芯片，这种集成芯片不仅数据处理和信号分析的速度快，而且排列紧密、体积较小。除此之外，用集成化模块代替传统的独立配件，也能够提高系统的整体稳定性，避免了因外界环境因素而给无功补偿装置的运行带来干扰影响。

3.4 智能终端

网络技术的发展使得电力系统的无功补偿可通过电网监控中心发出的指令实施投切操作，这种操作指令均是通过有线或无线通信网络传递的。电网监控中心通过从各远程终端发送过来的数据，经最优控制、决策运算后，通过网络传输信道启动相关的无功补偿设备。电力系统综合自动化中常采用这种形式。

4 结语

在无功补偿的发展历史中，电力电子开关对无功补偿技术的发展起到了非常重要的推动作用，它的应用是无功补偿发展中的一个重要里程碑。电力电子开关不仅能保证快速、准确地实施补偿，还能够将先进的智能控制技术引入到无功补偿中，使其具有了高度的灵活性和实时性，更好地保证了系统运行的稳定性和可靠性。通过工作实践证明，科学选用无功补偿装置，能够起到降低电能损耗、保证供电质量的目的，对于满足各个行业的用电需求起到了很好的保障作用。

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