探析电力系统中无功补偿装置的应用

刘扬

摘  要：电源对于我们现在的生活是非常重要的，我们无时无刻都离不开它，不论是在生活中还是工作中，都会受到它的控制。由于电力能源的需求量在不断的增加，我们在提倡绿色生活的同时，还要解决影响电网内部的问题。尤其是无功补偿的情况，因为不论是电压的稳定性还是线路中存在的损耗情况都会受到它影响。所以我国的电网部门非常重视无功补偿的技术研究和装置应用。

关键词：电力系统;无功补偿装置;主要分类;应用分析

在电力系统运行的过程中，由于受到功率因数和电压波动的影响，导致电气设备无法充分利用，造成电力传输能力不足、损耗增加。为了能够的提高电力设备的运行效率，必须要对电力系统的无功电源进行合理优化以及及时补偿，确保电压水平的全面提高，保证电力系统的稳定运行。无功补偿的装置能够确保有功网损和无功网损，保证整个电力系统实现安全稳定运行。

一、电力系统无功补偿的应用价值

在电力系统中，由于受到无功电流的影响，导致系统的导线容量、设备容量和系统损耗不断增多，对整个系统的可靠性和稳定性带来不利影响。绝大多数的用电设备都具有改变特点，必须要从电力系统中吸收无功功率，如果有功功率保持恒定增大时会引起总电流增加，造成电力系统元件增加，这样也会导致工厂内部的启动控制设备、测量仪表等相关的设备规格出现增大的可能，造成投资费用过度[1]。

在系统传送的过程中，总电流的增大也会造成供电线路的增大，给整个线路和变压器造成一定的损失，也会导致电力系统发电设备调压困难，由于无功电流的增加，导致电机转子发生磁效应增加，激励电流过度，转子绕组的温度会明显升高，甚至会引起隐患。

由此可见，电力系统的无功功率很容易导致电压和频率无法保持恒定，除了要充分运用发电机无功功率之外，还应该安装合适的无功补偿装置，确保整个无功系统达到平衡。

二、无功补偿装置的主要优点

（一）操作简单

大多数的无功补偿装置都利用单片机的形式对数据进行处理和分析，能够提高系统运行的整体质量，在设备安装之前可以专人对整个设备的控制程序录入到单片机中，可以保证无功补偿装置自动化运行，每一台装置都有人机交互界面，能够方便管理人员对电力系统的运行情况进行全面的掌握，确保界面操作的效果得到提升。

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[4]。

（二）通讯灵活

无功补偿装置在内部预先安装无线传输和接收装置，能够对远端计算机的控制，信号进行实时接收与发送，确保无功装置单片机的实时通讯，多个通讯串口与无功补偿装置设备进行连接，可以保证电单片机的控制指令，控制串口即时发出，保证了无功补偿的动态效果，也能够被数据库直接调用，提高无线通讯装置的远程传输质量。

三、无功补偿装置的分类和选择

（一）无功补偿电容器

目前在国内无功补偿电容器的应用较多，设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法之一。使用并联电容补偿器具有结构简单，经济方便的优点。当未接电容C时，流过电感L的电流为IL，流过电阻R的电流为IR，电源供给的电流为I1， I1=IR+jIL，此时相位角为φ1，功率因数为cosφ1。如果并联电容器C与电源设备（如变压器）或负载（如电机）并联连接，则电源设备或负载所需的无功功率可能全部或部分由并联电容器，即来自并联电容器的容性无功功率。消耗的感性无功功率用于补偿负载。并联接入电容C后，由于电容电流IC与电感电流IL方向相反，使电源供给的电流由I1减小为I2， I2=IR+j（IL-IC），相角由φ1减小到φ2，功率因数则由cosφ1提高到cosφ2 。

联电容器具有原理简单，安装维护方便、成本低等特点，目前变电站中大多使用 66kV、35kV 和 10kV 电压等级的并联电容器。但是它只能提供固定容量的无功，无功补偿容量越大，装置的体积也随之增大。并联电容器是目前配电网中应用最广泛的无功补偿装置，通过断路器将电容器并联接于电网，因为电容器发出的容性电流超前电网电压90o，而电网中的负荷呈感性，感性电流滞后电网电压90o，容性电流与感性电流相抵消，达到补偿无功的效果。为了避免浪涌电流时的输入电容，与一定容量的电容器在反应器的一端以减少开关过电压和过电流的影响系列。电容器易受电网谐波影响和电网，有可能是电感的谐振，使谐波放大元件发生过电压，电容器，因此烧毁事故。大容量电容器作为储能元件，断路器和网络连接，根据功率电压曲线运行，功补偿变化缓慢，对冲击载荷的不敏感，可实现实时动态快速功补偿。

（二）静止无功发生器

SVC高压动态无功补偿装置所示接入系统中，电容器提供固定的容性无功QC，补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小，感性無功和容性相抵消，只要能做到系统无功QN= QV（系统所需）-QC+QTCR=常数（或0），可以实现常数电网功率因数、电压波动，几乎关键在于精确控制晶闸管的触发角，得到了补偿电流，晶闸管变流器设备和控制系统可以实现的功能。收集总线电压无功电流价值和价值，无功功率的综合价值，并设置恒无功功率值（可能是零），触发角的大小，计算了晶閘管触发装置，所需的电流流过晶闸管。不对称负载，使用steinmets理论实现阶段调整，消除负序电流，三相电网平衡。

TCR的基本结构是两个反并联的晶闸管与电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作，当晶闸管的控制角α在90°到180°之间时，晶闸管受控导通（控制角为90°时完全导通，180°时完全截至）。在基础网络电压不变的前提下，增加控制角度将减少，这是当前降低感性无功功率设备;增加与减少的细胞控制角度将增加当前的感性无功功率和设备。每条曲线是TCR在导通角为某一特定角度下的伏安特性。

静止无功补偿（SVC）装置的主要型式可分为以下几种：

1晶闸管投切电容器型（TSC）

晶闸管投切电容器型静补主要根据负载感性无功功率的变化，切除或投入电容器组时，在实际系统中，每个电容器银行连接阻尼反应堆，以降低晶闸管电流的影响，以及避免共振现象和系统阻抗。电容器组可控硅，电容器是在两个极端的当前值（零电流和谐波电流评级）开关，所以不产生谐波，这是它的优点，但无功补偿是一个步骤，可怜的响应速度。TSC无功补偿装置的特点是快速响应（约10到20 ms），与它相比，虽然不是连续的无功功率调节，但运行时不会产生谐波和损失少的优点，因此在电力系统得到了广泛的应用，和许多细胞使用，构成了TCR+ TSC型混合补偿装置。

2晶闸管相控电抗器（TCR）

晶闸管的触发角从90°至180°连续调节，增大触发角，TCR的等效导纳增大，从而减小补偿电路中的基波分量，电抗器的电路相应地从额定值到零值连续变化，故通过调整触发角的大小就可以改变TCR所吸收的无功分量，从而达到无功补偿的目的。单独使用TCR只能吸收感性无功功率，因此常常与固定电容器（FC）并联使用，二者配合使用时，被称为TCR+FC型SVC。反映快速无功补偿装置的结构，约10 - 20 ms，运行可靠，可以调节无功功率，分相控制技术已经成熟，使用范围广，便宜的价格，与此同时，固定电容器系列调谐滤波器反应堆可以小，细胞吸收谐波电流，无功补偿设备这种类型的实际应用最广泛，电弧炉的控制电压闪烁，几乎总是使用这种形式。

3晶闸管相控电抗器和晶闸管投切电容器混合型（TCR+TSC）

主要由多个补偿电容器和一组晶闸管相控电抗器组成，其基本原理是：根据系统的无功功率需求，向相应的电容器组供电，并给出少量的补偿条件，晶闸管相控电抗器重复使用Absorb部分无功功率抵消了系统过多的无功功率，从而使系统电压水平达到了控制目的。然而，这种补偿方式仍然是评定性反应速度慢，感知条件产生大量谐波缺陷。

四、结论：

随着我国社会经济的快速发展，工业、农业的生产对电量的需求也在不断提高。由于受到地理环境、水力资源、燃料运输等多种因素的影响，造成发电厂位置分布不均衡。为了能够提高电力系统的整体稳定，必须要解决远距离输电的问题。无功补偿能够解决在电力系统中电压不稳、电力损耗、无功电流的影响，确保电力系统的稳定运行。

参考文献：

[1]葛宝江.电力系统中无功補偿装置的应用研究[J].中国高新区，2017（20）：114.

[2]王丽娟.变电设计中无功补偿装置的设计方式探析[J].山东工业技术，2017（15）：221.

[3]周元.电力系统中无功补偿装置的应用分析[J].中国设备工程，2017（14）：145-146.

[4]王辉.电力系统中无功补偿装置的应用研究[J].江西建材，2017（01）：193+195.