当前我国电网变电站中的无功补偿技术改进

2018-01-25徐桂华

通信电源技术 2018年10期

徐桂华

（国网冀北电力有限公司阳原县供电分公司，河北张家口 075800）

0 引言

在电网变电站运行中，应用无功补偿技术可以增强系统的稳定性、安全性。不断改进无功补偿技术的不足，会使电网在实际应用中更加安全可靠，推动电力企业快速发展。无功补偿技术可以降低变电站中的无功功率输送量，控制线路遭受的电压损失，提升电网整体质量。因此，应不断对无功补偿技术实施优化，保障电网系统的稳定。

1 无功补偿技术的发展进程

20世纪初，无功补偿技术开始应用到变电站。下面将根据该技术的五个发展阶段阐述其发展历程。

1.1 并联电容器

并联电容器是一种无功补偿装置。它的工作原理是补偿电力系统感性负荷的无功功率，进而实现无功补偿。并联电容器装置主要有两大特征，即结构简单和经济适用。同时，并联电容器存在一个较大缺陷，只能利用固定的电容实施无功补偿，而无法实现动态无功补偿。实际应用中，并联电容器有多种表现。人们通过将并联电容器分组，并按照电容器体积的大小对其设置开关偷窃控制，以此实现动态无功补偿。这一装置虽然解决了我国电网变电站中的多数问题，但自身也暴露出较多缺陷，主要表现在运行速度缓慢、不能连续动态补偿等[1]。

1.2 同步调相机

20世纪初，除了并联电容器之外，还有另一种动态无功补偿装置，即同步调相机。这一种装置能够实现无功功率的同步，内部主要依靠旋转电机进行工作，工作时会产生较大噪音。此外，同步调相机在工作时损耗强度较高，容易导致装置运行速度缓慢，无法满足变电站对无功补偿的需求。

1.3 磁饱和电抗器

20世纪中后期，电抗器的发展达到兴盛阶段，磁饱和电抗器成为一种新型电抗器。磁饱和电抗器的运行原理主要是利用内部的电感性质，结合电流的可控制性，对无功电流实施控制。这一种装置也有着较多缺陷，如制造成本较高、运行振动噪音较大以及损耗较强等。因此，在实际变电站中，磁饱和电抗器的应用范围较小，一般应用于高压输电线路中。

1.4 SVC阶段

在磁饱和电抗器出现后，无功补偿技术走向了新的阶段。以SVC作为执行元件的晶闸管，实现了静止无功补偿装置的动态补偿。这一装置可以在运行中作为一种模拟控制器来实现对无功功率的调节，同时具备投切功能，可以在运行中形成一种模拟的控制器。我国无功补偿技术比较落后，在电压等级低的情况下，无功补偿装置的容量受到了较大限制[2]。随着我国社会的不断发展，科学技术不断创新，静止无功补偿装置已经在变电站中得到普遍应用，标识着我国无功补偿技术已经与国际接轨。

1.5 SVG阶段

在静止无功补偿器出现后，又出现了一种补偿方式的新装置。这一装置主要依靠更换相变流电路达到无功补偿的目的，称为SVG，即静止无功发生器。SVG具有很大优势，如体积较小、运行速度相对较快，能够在低电压状况下实现无功功率补偿等。

2 我国电网变电站中无功补偿技术的原理

电网在运行中的无功功率对其造成了一定的安全威胁。为了保证电网变电站输电系统的稳定运行，需要将运行中的损耗降到最低。在电网实际运行中，无功补偿技术可以很好地降低无功功率。从无功平衡的角度来讲，在推动电网系统运行的各个环节，系统中无功电源生成的无功功率应该维持在一个平衡状态[3]。在无功补偿技术应用中，首先保持节点位置的电压水平趋于平衡。电网系统运行时会产生大量电压负荷，促使无功功率得到损耗。若只依靠电网发电机提供无功功率，在额定电压下根本无法维持电网的无功功率平衡，而无功补偿技术很好地解决了这一问题。

无功补偿技术是保证交流电路正常运作的基础，工作原理是在电压、电流差异特点的基础上，根据电容与电感的相反关系特性，补偿电网系统中的无功功率。无功补偿技术通常有两种表现形式，即感性补偿和容性补偿。其中，感性补偿主要是将并联电抗器和无功补偿设备加以结合应用，使电网吸收容性符合的功率来实现输电线路中功率的补充；而容性补偿则是对电容器以及其他无功补偿设备加以应用，来为感性负荷提供所需要补充的无功功率。值得注意的是，在电源输送过程中，无功功率的产生大幅降低，使无功补偿设备产生的无功功率在远距离传输中得到控制。

当大部分电力负荷表现为电感性质时，需要电源提供无功功率。应用无功补偿技术的过程中，需要应用具有电容特性的补偿设备，无功电源提供无功功率，从而满足感性负荷所需要的无功功率。强化功率因数后，需要控制无功功率的远距离传输，以此降低输电过程所消耗的电力[4]。

3 我国电网变电站中无功补偿技术在改进中的难点

要改进电网变电站中的无功补偿技术，首先要从全局最优入手。第一，要优化无功补偿技术，需要考虑实际情况下电网运行中可能出现的复杂情况。第二，从无功补偿技术的发展现状来看，各大电力企业对无功补偿研究的资金投入不足，导致无功补偿技术革新速度缓慢。第三，在无功补偿技术实施改进过程中，缺少有效的改进手段，再加上一些特殊原因的限制，无法在短时间内实现全局最优。

无功补偿技术是一种变量较多、约束力较强的技术。改进时，要充分考虑节点电压和载调压分接头档位等问题对无功补偿技术带来的影响。当前技术环境下，无功补偿技术在电网中的广泛应用，为其技术改进提供了庞大的参考数据，但也暴露出许多实际问题。其中，从等网损微增率和最优网损微增率角度来讲，一定程度上限制了无功补偿技术的改进[5]。因此，若想实现对无功补偿技术的改进，有诸多问题需要商讨和解决。

4 分析我国电网变电站中无功补偿技术的应用现状

经济的发展使人们对电能质量提出了更高要求。在国家电网安全性受到威胁时，电能质量会出现下滑，一定程度上影响我国经济的发展。通过对无功补偿技术的应用现状进行分析，发现了下列问题。

4.1 无法使传统无功补偿装置得到替换

相较于西方一些国家，我国电网的建设较为落后。我国电网变电站在实际运行中，依旧使用传统的无功补偿设备，如同步调相机等，没有对设备进行及时替换与更新。近年来，随着社会用电需求的不断增长，电网变电站承受的压力日益增加，传统无功补偿装置已经无法满足用户的用电需求。因此，无功补偿技术的改进，首先要从对传统无功补偿装置的替换入手[6]。

4.2 静态无功发生器受到局限

从静态无功补偿设备当前的性能来看，静止无功发生器设备的性能具有更大优势，而两者在工作原理上也有着较大区别。静态无功发生器在其工作运行中，本身的相变流电路得到替换，在电抗器和电网的运用下形成一种并联状态，以此达到对交流侧电流的控制，进而满足电路在整体运输中无功电流的需求。电网变电站在运行过程中不管处于何种环境，都可以使静态无功发生器装置得到应用。

5 探索我国电网变电站中无功补偿技术的改进策略

5.1 运用无功补偿新技术

我国社会经济的蓬勃发展，使无功补偿技术在电网变电站建设中得到了普遍应用，同时成为了电网系统的核心。在电网系统建设中，谐波治理技术横空出现。以往应用无功补偿技术的经验来看，无功补偿设备通常会在内部设置谐波设备，并对其进行放大处理。而新型补偿设备不必在内部加入谐波设备，而是采取一些措施使谐波发挥应有的作用后消除。因此，无功补偿技术与谐波处理技术的共同进步，将更好地弥补了无功补偿技术的缺陷[7]。