无功补偿装置的发展现状及前景

无功补偿装置的发展现状及前景

作者：王怡欣谢铭涵

来源：《科学与财富》2016年第13期

摘要：无功补偿是保证电网可靠性和稳定性的重要环节。本文首先从工作原理、优缺点及其应用情况，介绍了目前国内外常用的几种无功补偿装置，然后分析并探讨了无功补偿装置的发展前景，并对新时代节约型社会建设背景下，对无功补偿装置面临的新挑战进行了讨论。

关键词：无功补偿；静止无功补偿器；静止无功发生器

0 前言

衡量电能质量的一个重要标准是电压的质量。通过调节用电设备的电压，使电压稳定在允许的范围之内。在经济飞速发展的今天，供电企业和用户对负荷、需求电能质量也提出了更高的需求。然而用电负荷水平的增长，也使得供电系统越来越容易发生故障，调压也越来越难。进行无功补偿可以减少电网输送的无功电流，线路载流减少，线路上各种设备的功率损耗也减少，线路发热也降低，进而提高输电安全性。同时还会使系统的传输电压更稳定，电压质量更好，功率系数得到提高，输电的效率也提高，也更为节约能源。因此，对线路的无功功率进行优化显得越来越重要。

1 无功补偿原理

电力系统中，除了有功功率，还有不对外做功的无功功率，它用来维持电路内的电场与磁场，在电气设备中建立和维持磁场。无功功率有感性和容性。电力网中的变压器和电动机根据电磁感应原理工作，电感在一个周期内吸收和释放的功率相等，即为感性无功功率。把电容器接在交流电网中，它在一周期内上半周吸收的和下半周释放的电功率相等，这就是容性无功功率。在同一电路中若将电感与电容并接在一起，就能进行功率补偿，便能够提高功率因数，减少电网输送的无功电流。线路载流减少了，线损也随之减少。实际上，无功补偿装置的本质相当于一个电容器。

2 常用无功补偿装置

常用的无功补偿装置有：发电机、同步调相机、电容器、静止无功补偿器以及无功发生器等。

2.1 发电机

发电机既可以发出有功功率，又可以在功率因数较低时作为无功功率电源使用。它可以通过调节励磁电流的方式，使发电机处于过励状态，发出滞后的无功功率。增大励磁电流，过励就多一些，发出的无功功率也就相应增大。但发电机能够提供的无功功率是有限的，当发电机提供的无功功率不能满足电网的需要时，就需要在电网中设置其他无功补偿装置。

2.2同步调相机

同步调相机的工作原理与同步发电机空载运行时相同。在欠励磁运行状态下，可作为无功负荷，通过从系统中吸收感性无功功率，来降低系统中的电压；在过励磁运行状态下，作为无功功率电源，通过向系统提供无功功率，来提升系统中的电压。虽然这种无功补偿方式对稳定电压有所帮助，但由于响应速度慢，难以适应动态无功调控的要求，并且维护起来也很困难，因此逐渐被静止无功补偿装置代替，只有部分地区仍在使用同步调相机。[2]

2.3静电电容器

静电电容器通过减少线路上流动的感性无功，来实现对电力网络的无功补偿，从而改善系统参数。由于无功功率与节点电压的平方成正比，因此当节点电压下降时，无功功率会下降更快，从而减少向系统中提供无功功率。所以，静电电容器对无功的调控性能较差，但由于其方便维护，补偿容量灵活可调，不仅可以集中装设、还可以就地进行分散装设来补偿无功功率，所以目前我国使用的最为广泛的是机械投切并联电容器组，装设大量的并联电容器组在低压供电网络中，少量的并联电容器组在中压供电网络中，从而对系统进行调压。

2.4静止无功补偿器（SVC）

静止无功补偿器是将发出无功功率的静电电容器与能够吸收无功功率的电抗器并联组合在一起，再加上合适的调节装置，最终实现使无功功率平滑的输入和输出的装置。该装置一般直接装配在电力线路上，由可控的电容器和电抗器并联组成，电容器负责发出容性无功功率，电抗器负责吸收感性无功功率，通过调节电抗器，可以使装置实现从放出到吸收无功功率的平滑变化。静止无功补偿器（SVC）凭借其良好的调节性能，响应速度快，能够平滑控制无功功率等优点，以及其方便维护、可靠性高等优势，已成为目前应用最广泛的无功补偿装置。[3]

2.5静止无功发生器（SVG）

20世纪80年代的时，基于顺势无功功率理论的静止无功发生器（SVG）作为一种更为先进的静止型无功补偿装置出现，它有电流和电压两种桥型电路，这种桥型电路采用可关断的器件组成，可实现自换相。SVG经过电抗器或者直接的将自换向桥式电路并接在电网上，然后改变交流侧电流，或者通过适当调整交流侧电流的相位、幅值，来得到符合要求的无功电流，从而达到调节无功功率的效果。尤其是电压型SVG，凭借其损耗小且方便控制，得到了广泛

应用。SVG即使在电压较低的时候也可以向电路中注入较大的无功功率，并且它所含有的谐波也更少，同时还具有更宽的调节范围以及更快的响应速度。

3无功补偿装置的发展前景

目前国内无功补偿装置中电容器占大部分比重，同步调相机则较少，而无功静止补偿器占更少的比重。

随着近年来技术的发展，国家对SVG的研究力度逐渐加大，SVG与SVC相比，SVG在电压较低的情况下仍可向系统注入较大的无功电流，并且它的调节速度更快，运行范围更宽，同时SVG所采取的多重化、多电平的技术可以减少补偿电流中谐波的含量。还有一点重要的是SVG所使用的元件要比SVC使用的元件容量更小、体积更小，在成本上也可以节约很大一部分。SVG的概念和原理都基于瞬时无功功率补偿的概念，采用的自换相交流器都为全控型开关元件，用小容量储能元件来构成瞬时的无功功率补偿设备。虽然SVG在工程中还处于实验阶段，但是SVG较好的无功功率补偿的性能，将会在我国的电力系统中得到愈来愈广泛的应用。[4]

4结论与展望

随着我国经济的飞速发展，各行各业对电能的质量要求也越来越高，因此无功功率补偿装置也已经成为使用电能的其他所有产业的基础技术。十八届五中全会再次提出，要坚持绿色发展，必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，这同时对无功补偿装置的调节性能有了更高的要求，需求得到增长，发展空间也越来越广阔。无功补偿能够有效提高电力系统中电能的利用率，降低损耗。因此，要加强对无功补偿装置的研究。我们今后要不断提高无功补偿的技术，开发研究出新型的无功补偿装置，使无功补偿装置更容易用机器准确操控，补偿特性更好，能耗也更少。同时还要重视居民住宅用电和无功负荷问题，向用户积极宣传节约无功的重要意义，提倡自觉进行无功补偿，提高功率因数，就能够提高发供电设备的利用率，降损节能，改善电能质量，同时还可以减少电费指出。这样不仅可以达到节能的目的，还能不断挖掘国民的潜力。

参考文献

[1]赵遵廉.中国电网的发展与展望[J].中国电力，2004，1：P1—P6.

[2]何仰赞，温增银.电力系统分析[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[3]胡慧艳.考虑静止无功补偿器影响的电力系统电压稳定性研究[D].广西大学，2008.

[4]牛培峰等.SVG技术展望[J].电气应用，2005，10：P1—P8.