淺析電力系統(tǒng)無功功率補償技術(shù)

【摘要】當(dāng)前，在農(nóng)網(wǎng)、城網(wǎng)改造建設(shè)中都需要無功率補償裝置，無功率補償更廣泛的應(yīng)用于工礦、醫(yī)療、科研、油田、煤礦、港口、小區(qū)等需要低壓無功快速補償?shù)碾娏τ脩?。采用電力電容器進行無功率補償是節(jié)能降損、改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量最方便、最經(jīng)濟有效的方法之一。國內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補償技術(shù)主要是集中補償與就地補償技術(shù)。就地補償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動機補償（如風(fēng)機、水泵等），其它各種場合仍主要采用集中補償技術(shù)。本文簡述我國電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)的現(xiàn)狀及目前電力系統(tǒng)無功補償存在的問題，提出今后我國無功補償技術(shù)發(fā)展的方向：無功功率動態(tài)自動無級調(diào)節(jié)，諧波抑制。

【關(guān)鍵詞】無功補償技術(shù)；作用；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

無功功率補償裝置的主要作用是：提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備的功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負(fù)載的有功和無功功率等。

1.我國電力系統(tǒng)無功補償?shù)默F(xiàn)狀

近年來，隨著國民經(jīng)濟的跨越式發(fā)展，電力行業(yè)也得到快速發(fā)展，特別是電網(wǎng)建設(shè)，負(fù)荷的快速增長對無功的需求也大幅上升，也使電網(wǎng)中無功功率不平衡，導(dǎo)致無功功率大量的存在。目前，我國電力系統(tǒng)無功功率補償主要采用以下幾種方式：

（1）同步調(diào)相機：同步調(diào)相機屬于早期無功補償裝置的典型代表，它雖能進行動態(tài)補償，但響應(yīng)慢，運行維護復(fù)雜，多為高壓側(cè)集中補償，目前很少使用。

（2）并補裝置：并聯(lián)電容器是無功補償領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的無功補償裝置，但電容補償只能補償固定的無功，盡管采用電容分組投切相比固定電容器補償方式能更有效適應(yīng)負(fù)載無功的動態(tài)變化，但是電容器補償方式仍然屬于一種有級的無功調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)無功的平滑無級的調(diào)節(jié)。

（3）并聯(lián)電抗器：目前所用電抗器的容量是固定的，除吸收系統(tǒng)容性負(fù)荷外，用以抑制過電壓。

以上幾種補償方式在運行中取得一定的效果，但在實際的無功補償工作中也存在一些問題：

（1）補償方式問題：目前很多電力部門對無功補償?shù)某霭l(fā)點就地補償，不向系統(tǒng)倒送無功，即只注意補償功率因素，不是立足于降低系統(tǒng)網(wǎng)的損耗。

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

（3）無功倒送問題：無功倒送在電力系統(tǒng)中是不允許的，特別是在負(fù)荷低谷時，無功倒送造成電壓偏高。

（4）電壓調(diào)節(jié)方式的補償設(shè)備帶來的問題：有些無功補償設(shè)備是依據(jù)電壓來確定無功投切量的，線路電壓的波動主要由無功量變化引起的，但線路的電壓水平是由系統(tǒng)情況決定的，這就可能出現(xiàn)無功過補或欠補。

2.無功功率補償技術(shù)的發(fā)展趨勢

國家大力倡導(dǎo)建立節(jié)約型社會，從國家到地方已經(jīng)明確下達了各種節(jié)能指標(biāo)。節(jié)能、節(jié)電事業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，這是一股強大的潮流。在所有的電力節(jié)能產(chǎn)品中，首先要提到的就是無功率補償裝置在我國有著巨大的潛在市場。2009年，一系列的經(jīng)濟振興計劃給電力電子行業(yè)帶來了很多機會，主要供方和用方兩方面。供方主要對用戶的補貼上，另外，在這個政策的拉動下，企業(yè)也降低了成本的壓力，地方政府的政績和節(jié)能降耗的水瓶已經(jīng)掛鉤，國家和地方政府補貼能達到30%以上。今年來，國家無功率補償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量有了大幅度的提升，相當(dāng)一部分優(yōu)勢企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)進步，以及節(jié)能降損管理的加強等，引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功率補償?shù)男枨蟆?/p>

近20年來，世界各地（包括美國、法國、意大利、英國、俄羅斯等國）發(fā)生的由電壓穩(wěn)定和電壓崩潰引發(fā)的大面積停電事故引起了各國的高度重視，持續(xù)了72小時的8.14美加大停電給美國造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。這次事故提醒人們，電網(wǎng)運行要有足夠的無功備用容量，無功不能靠遠(yuǎn)距離傳輸，在電力市場環(huán)境下，必須制定統(tǒng)一的法規(guī)以激勵獨立發(fā)電商和運營商從維護整個系統(tǒng)安全性的角度提供充足的無功備用。

早期的無功率補償裝置為并聯(lián)電容器和同步補償器，多用在系統(tǒng)的高壓側(cè)進行集中補償。至今并聯(lián)電容器仍是一種主要的補償方式，應(yīng)用范圍廣泛，只是控制器在不斷的更新發(fā)展。同步補償器的實質(zhì)是同步電機，當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時，電動機可隨之平滑的改變輸出無功電流的大小和方向，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有好處，但同步補償器成本高，安裝復(fù)雜，維護困難，使其推廣使用受到限制。

隨著近代電力電子技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，無功率補償技術(shù)也隨之發(fā)展。在第一個工業(yè)用品閘管出現(xiàn)之前，電子半導(dǎo)體由于功率過小，在直流傳動，交流傳動，電磁合閘，交流不間斷電源盒無功率補償?shù)阮I(lǐng)域內(nèi)一直沒有得到應(yīng)有的推廣使用。品閘管的電力電子器件不斷的問世，由此引發(fā)了眾多行業(yè)的變革，如交流變頻調(diào)速技術(shù)的蓬勃發(fā)展。同樣電子電力技術(shù)對無功率補償技術(shù)也帶來了新的發(fā)展契機。

無功率補償技術(shù)和電力電子技術(shù)的結(jié)合主要有一下三個方面：

（1）是作為投切電容器開關(guān)。因為電力半導(dǎo)體開關(guān)的響應(yīng)時間短（ps級），所以能夠選擇電容的投切角度，實現(xiàn)零電壓投切，避免了涌流的產(chǎn)生，提高了電容器使用的可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)代并聯(lián)電容補償裝置中的輸回路就引進了該技術(shù)。

（2）是作為無功輸出的調(diào)節(jié)開關(guān)。由于電力電子器件的高開關(guān)頻率，使其能夠方便的控制電容器電流的導(dǎo)通角，從而實現(xiàn)無功的連續(xù)調(diào)節(jié)，快速跟蹤負(fù)載無功的變化，靜止型無功補償器是其中的代表。

（3）是引入電力電子變流技術(shù)，將變流器作為無功電源來調(diào)節(jié)無功的輸入和輸出，起到補償負(fù)載無功的作用。經(jīng)常用的是靜止調(diào)相機和有慮源波器。

3.總結(jié)

本文對無功率補償技術(shù)的作用、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢多了較為詳細(xì)的介紹，不僅有節(jié)省投資、節(jié)省電力、節(jié)省燃煤及污染等作用，同時還可以提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電能力，改善電壓質(zhì)量，減少用戶電費開支，延緩用戶增容改造等作用。