淺談無功補(bǔ)償技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

彭永鎮(zhèn)

（廣西恒潤電力有限公司，廣西 南寧 530000）

所謂無功功率補(bǔ)償，就是在用戶變電所或在用電設(shè)備等處裝設(shè)無功功率電源，以改變電力系統(tǒng)中無功功率的流動(dòng)，從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和降低配電線路的成本節(jié)約電能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。當(dāng)前，隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)及其設(shè)備的單相電力牽引負(fù)荷變化復(fù)雜和非線性因素增強(qiáng)，需要對(duì)電氣自動(dòng)化中的無功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行深入研究，以更好地解決國民生產(chǎn)中電力資源的浪費(fèi)問題。

1 無功補(bǔ)償?shù)淖饔?/h2>

（1）提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低輸電線路立即用電設(shè)備所需容量，減少不必要的損耗。

（2）穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量，而在長距離輸電線路中安裝合適的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，配置適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力，提高了電力系統(tǒng)的抗干擾能力。

（3）在三相負(fù)載不平衡的場合，可對(duì)三相視在功率起到平衡作用。

（4）裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償器（SVS）還能改善電網(wǎng)的電壓波形，減小諧波分量和解決負(fù)序電流問題，對(duì)電容器、電纜、電機(jī)、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)的研究現(xiàn)狀

無功功率是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和良好運(yùn)行的基本要素之一，其補(bǔ)償或控制對(duì)于電力系統(tǒng)減少功率傳輸損失、增加有功功率傳輸能力以及維持供電電壓，起著重要的作用。隨著電氣化程度的加深和一些先進(jìn)技術(shù)的采用，國內(nèi)外在無功補(bǔ)償技術(shù)方面進(jìn)行了一些研究。

自20世紀(jì)80年代以來，靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）出現(xiàn)了，也有人稱之為靜止無功發(fā)生器（SVG），其與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置相比，STATCOM 大大減小了體積，節(jié)省了材料，并具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)性能好、能綜合補(bǔ)償無功和諧波含量少的特點(diǎn)，逐步成為無功補(bǔ)償裝置重要的一員。

國內(nèi)在借鑒和結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國的電氣自動(dòng)化鐵道變電所對(duì)于無功補(bǔ)償技術(shù)和諧波綜合治理方法進(jìn)行了多種深入研究，其中大部分都是力求在基波下補(bǔ)償牽引負(fù)荷的感性無功功率，對(duì)于提高電氣的功率因數(shù)、降低負(fù)荷以及構(gòu)成有效的濾波通路、濾除、抵消指定諧波有著重要作用。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑及其特點(diǎn)

3.1 真空斷路器投切電容器

真空斷路器具有體積小、滅弧性能好、壽命長、維護(hù)量小、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，在中壓系統(tǒng)及配電電網(wǎng)中應(yīng)用日益廣泛。特別是由于其適合頻繁操作的特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是合閘時(shí)，在斷路器斷口會(huì)出現(xiàn)很高的過電壓，致使設(shè)備損壞，加之開關(guān)壽命的限制，不能頻繁投切，從而影響動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果。

3.2 有源濾波器（APF）

有源濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，其既可補(bǔ)償非線性負(fù)荷產(chǎn)生的高次諧波，又能自動(dòng)使用電網(wǎng)阻抗和頻率的快速變化。這種方案可動(dòng)態(tài)濾除各次諧波，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的諧波能夠完全吸收；不會(huì)產(chǎn)生諧振；缺點(diǎn)是造價(jià)太高，受硬件限制，在大容量場合無法使用。

3.3 LC無源濾波器

無源濾波器，又稱 LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾除某一次或多次諧波，具有補(bǔ)償和濾波功能。其原理分析如下，補(bǔ)償器的阻抗為：

3.4 并聯(lián)混合型有源濾波器

并聯(lián)混合型有源濾波器由 LC濾波器和有源濾波器組成。該技術(shù)是只由無源部分補(bǔ)償無功功率，有源部分和無源部分共同抑制諧波，使其兼具較大容量的無功補(bǔ)償和諧波抑制能力以及較小的逆變器容量的特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)諧波先由無源濾波器進(jìn)行“初濾”，再由有源濾波器進(jìn)行“精濾”的諧波治理思路。特點(diǎn)是它充分利用無源補(bǔ)償?shù)拇笕萘?；有源補(bǔ)償?shù)撵`活性、可控性兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。目前，該技術(shù)仍處于研究階段。

另外，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置還有：固定濾波器＋晶閘管調(diào)節(jié)電抗器（TCR）、固定濾波器＋晶閘管調(diào)節(jié)變壓器、固定濾波器＋可控飽和電抗器、固定濾波器（FC）＋電容器（TC）＋電抗器（TL）的調(diào)壓等。

4 無功補(bǔ)償技術(shù)存在的問題

（1）大量無功潮流從發(fā)電廠涌向高壓變電站，再通過輸電線路輸送至中低壓變電站，造成大量無功潮流遠(yuǎn)距離穿越、傳輸。

（2）電容器具有一定的抗諧波能力，但諧波含量過大時(shí)會(huì)對(duì)電容器的壽命產(chǎn)生影響，甚至造成電容器的過早損壞，并且由于電容器對(duì)諧波有放大作用，因而使系統(tǒng)的諧波干擾更嚴(yán)重。

（3）存在無功向配電網(wǎng)倒送現(xiàn)象，無功倒送將會(huì)增加電網(wǎng)損耗，造成電壓偏高，加重配電線路負(fù)擔(dān)，尤其是采用固定電容器補(bǔ)償方式的用戶，可能在負(fù)荷低谷時(shí)造成無功倒送。

（4）無功補(bǔ)償容量配置不合理，大多變電站補(bǔ)償電容為整組投切，不能根據(jù)負(fù)荷變化需要做到就地平衡，高負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)太低，低負(fù)荷時(shí)又出現(xiàn)過補(bǔ)償。

5 無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 無涌流電容投切器

無涌流電容投切器是一種采用智能控制策略的無功補(bǔ)償裝置。該裝置的特點(diǎn)有：①無涌流，允許頻繁操作；②跟蹤響應(yīng)時(shí)間快，動(dòng)態(tài)跟蹤時(shí)間0.02～0.2 s；③采用編碼循環(huán)方式投切電容器，可均勻使用電容器，從而延長整個(gè)裝置的使用壽命；④具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)及諧波分量超限保護(hù)等多種保護(hù)功能；⑤只在投切動(dòng)作瞬間耗電，平時(shí)不耗電，降低了成本，真正達(dá)到了節(jié)能、降耗的目的等，這些優(yōu)點(diǎn)，正成為了低壓供電系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域的重要途徑之一。

5.2 靜止無功發(fā)生器（SVG）

靜止無功發(fā)生器將功率開關(guān)構(gòu)成的三相橋式變流電直接或通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上，通過電壓源逆變技術(shù)提供超前或滯后的無功功率，進(jìn)行無功補(bǔ)償。由于SVG具有直流電容量較小、成本較低、能調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、在電壓很低的情況下仍能輸出額定無功電流等優(yōu)點(diǎn)，由此可顯示SVG是未來靜止無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的主要方向。

5.3 電力有源濾波器（APF）

電力有源濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。目前，電力有源濾波器的研究仍存在著電流中有高次諧波、單臺(tái)容量低、成本較高等問題。隨著電力半導(dǎo)體器件向大容量、高頻化方向發(fā)展，這類既能補(bǔ)償諧波又能補(bǔ)償無功的裝置必然有很好的前景。

5.4 綜合潮流控制器（UPFC）

綜合潮流控制器將一個(gè)由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線相電壓上，使其幅值和相角皆可連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)線路有功和無功功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，并可提高輸送能力以及防止系統(tǒng)振蕩。UPFC技術(shù)是目前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)的最新發(fā)展方向，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)行將帶來重要的影響。

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明，無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用降低了網(wǎng)損，高效節(jié)能，提高了電氣設(shè)備效率，在不改變變壓器原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了變壓器的帶載容量。當(dāng)前，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，將有更多的具有無級(jí)調(diào)節(jié)能力的無功補(bǔ)償裝置被設(shè)計(jì)并投入生產(chǎn)使用，以期能快速、有效地補(bǔ)償系統(tǒng)無功，從而提高牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

1 李智東.電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)的幾點(diǎn)思考［J］.今日科苑，2009（20）