淺談電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理

劉雯

1、無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍詈妥饔?/p>

1.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)母拍?/p>

在電力系統(tǒng)中無(wú)功功率，是由處于輕載條件下的線路和電纜產(chǎn)生的，并可被負(fù)載，變壓器和重載的線路所吸收。發(fā)電機(jī)在控制系統(tǒng)電壓時(shí)會(huì)發(fā)出或吸收無(wú)功。如不對(duì)輸電網(wǎng)中的無(wú)功功率加以控制就有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性并導(dǎo)致過(guò)壓等問(wèn)題，而某些類型的工業(yè)負(fù)荷快速變化的無(wú)功需求則可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法接受的電壓波動(dòng)。采用電力電子裝置（電力電容或調(diào)相機(jī)等）可以通過(guò)提供可調(diào)的無(wú)功功率來(lái)解決上述問(wèn)題，從而降低或免卻供電網(wǎng)輸送的無(wú)功電流、線路損耗，提高電網(wǎng)的效率，可控性和供電質(zhì)量。

1.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?/p>

在電力供電系統(tǒng)中提高系統(tǒng)的負(fù)載功率因數(shù)和改善負(fù)載，減少輸電線路上各種設(shè)備的功率損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)的傳輸電壓，提高系統(tǒng)的供電電壓質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電能力和穩(wěn)定性，平衡電力系統(tǒng)各支路末端三相負(fù)載的有功和無(wú)功功率等。

2、無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆诸?/p>

無(wú)功補(bǔ)償裝置按照接入電網(wǎng)的形式可分為串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)補(bǔ)償。

2.1串聯(lián)補(bǔ)償

串聯(lián)補(bǔ)償主要是串聯(lián)電容器補(bǔ)償，就是在系統(tǒng)中接入串聯(lián)電容器，改變系統(tǒng)的等效阻抗，提高線路的輸送能力。通過(guò)調(diào)節(jié)輸電線路的阻抗可以控制輸電線路中的輸送功率，串聯(lián)電容器補(bǔ)償是提高長(zhǎng)距離輸電線路輸電能力的有力措施。由P=V1V2sin/X可知，當(dāng)串聯(lián)電容器后，串聯(lián)容抗與部分線路電感相抵消，線路的等效電感隨之減小，電氣距離得以縮短，增加了傳輸功率。在低電壓等級(jí)的電網(wǎng)中，大部分線路壓降是由于線路電感所致，串聯(lián)補(bǔ)償可根據(jù)負(fù)載波動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容的大小，盡可能減少的線路壓降。串聯(lián)電容能夠自發(fā)響應(yīng)且迅速，因其屬于無(wú)源電路元件，故串聯(lián)補(bǔ)償有助于電壓調(diào)節(jié)，有效解決電壓閃變的問(wèn)題。

2.2并聯(lián)補(bǔ)償

并聯(lián)補(bǔ)償按照輸出功率的性質(zhì)，又可分為有功補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償，在電力系統(tǒng)中增加并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器等補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功功率。絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可以看做電阻與電感串聯(lián)的電路，再與電容并聯(lián)，使得回路電壓電流之間相位差變小，功率因數(shù)提高。并補(bǔ)的主要作用：提高系統(tǒng)和負(fù)荷的功率因數(shù)，減少系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)靜穩(wěn)特性，改善系統(tǒng)動(dòng)穩(wěn)特性，提高系統(tǒng)暫穩(wěn)特性，穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的三相不平衡補(bǔ)償?shù)取?/p>

3、柔性交流輸電裝置（SVC、STATCOM、TCSC）的補(bǔ)償原理

3.1 SVC（靜止無(wú)功補(bǔ)償器）

利用電容器和電抗器組成的可提供感性或容性無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置，能平滑控制動(dòng)態(tài)無(wú)功功率。負(fù)荷側(cè)的無(wú)功經(jīng)常變化，固定無(wú)功補(bǔ)償不能穩(wěn)定母線電壓。如果保證系統(tǒng)中某些母線處的無(wú)功量恒定或恒定接近于零，就能消除由負(fù)荷變化引起的母線電壓波動(dòng)。負(fù)荷變化率（由零到額定值）在1S以上的，采用調(diào)相機(jī)。負(fù)荷變化率在1S以下的，采用調(diào)相機(jī)很難勝任，需采用靜補(bǔ)。

一般有六種補(bǔ)償方式：固定容性、固定感性、可變?nèi)菪?、可變感性、固定容?可變感性、可變?nèi)菪?可變感性，通常用后兩種補(bǔ)償方式。

FC（濾波電容器）提供無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕玖?，TSC（晶閘管投切的電容器）、TCR（晶閘管控制的電抗器）提供無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪B續(xù)平滑調(diào)節(jié)量。

補(bǔ)償原則：其中為線路注入變電站母線的無(wú)功，為無(wú)功負(fù)荷，為無(wú)功補(bǔ)償裝置提供的補(bǔ)償量。通常采用欠補(bǔ)償或全補(bǔ)償。

3.2 STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）

STATCOM功能上類似于能產(chǎn)生三相正弦對(duì)稱電壓的旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)，在電力系統(tǒng)中能夠進(jìn)行無(wú)功或有功交換。

STATCOM與SVC不同之處在于向系統(tǒng)提供的容性無(wú)功不受系統(tǒng)電壓因素的影響，適應(yīng)各種系統(tǒng)電壓且保持額定無(wú)功功率不變，因此STATCOM能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更好的電壓支持，防止電壓崩潰，該特點(diǎn)在系統(tǒng)故障時(shí)表現(xiàn)得尤為突出。

STATCOM的逆變器根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功和有功參量來(lái)調(diào)整其輸出電壓的幅值、相位。當(dāng)逆變器的輸出電壓與系統(tǒng)電壓同相位時(shí)，即控制參量Pf為零而Qf不為零時(shí)，STATCOM只與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功交換，而沒(méi)有有功交換。當(dāng)系統(tǒng)與STATCOM之間沒(méi)有有功交換時(shí)，在理想情況下，逆變器的直流電容電壓保持不變。

當(dāng)STATCOM只與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功交換時(shí)，逆變器的輸出電壓幅值大于系統(tǒng)電壓幅值時(shí)，STATCOM向系統(tǒng)注入無(wú)功；逆變器的輸出電壓幅值小于系統(tǒng)電壓幅值時(shí)，STATCOM從系統(tǒng)吸收無(wú)功。當(dāng)逆變器的輸出電壓與系統(tǒng)電壓相位不同時(shí)，即控制參量Pf不為零，此時(shí)STATCOM將與系統(tǒng)之間進(jìn)行有功交換，逆變器的直流電容電壓將發(fā)生變化，需對(duì)逆變器的直流電容電壓進(jìn)行控制。當(dāng)STATCOM與系統(tǒng)進(jìn)行有功交換時(shí)，逆變器的輸出電壓的相位超前于系統(tǒng)電壓相位時(shí)，STATCOM向系統(tǒng)注入有功；逆變器的輸出電壓相位滯后系統(tǒng)電壓相位時(shí)，STATCOM從系統(tǒng)吸收有功。

3.3 TCSC（晶閘管控制串聯(lián)電容器）

為便于調(diào)節(jié)，保證輸電線路始終通暢，串聯(lián)電容器直接串聯(lián)在線路里，在其兩端并聯(lián)電抗器與電子開關(guān)的串聯(lián)支路。若需調(diào)節(jié)投入線路的串聯(lián)補(bǔ)償量，是通過(guò)調(diào)節(jié)與電容器并聯(lián)的電抗量來(lái)間接實(shí)現(xiàn)的。

為能夠連續(xù)平滑地改變串聯(lián)補(bǔ)償量，TCSC主要借助調(diào)節(jié)變換晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)高效保質(zhì)地控制線路中的潮流。TCSC既可以有效地改善電力系統(tǒng)特性，控制電力系統(tǒng)傳輸線路中的潮流和提高輸送功率，也可以抑制阻尼功率振蕩和次同步振蕩，以使得系統(tǒng)電壓性能得到保障，系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高。

TCSC調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)延遲角的范圍可從90°到180°。而TCSC的穩(wěn)態(tài)阻抗特性以諧振點(diǎn)為劃分，分為容性運(yùn)行區(qū)和感性運(yùn)行區(qū)。與諧振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制觸發(fā)延遲角α的大小由電容和電感的參數(shù)決定?？煽卮a(bǔ)的控制原理就是根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定控制、恒功率控制、恒阻抗控制等目的，計(jì)算出串補(bǔ)輸出的基波阻抗值，再根據(jù)曲線得到與該阻抗值對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角。

4、結(jié)語(yǔ)

采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)是提高電能質(zhì)量不可或缺的方法，不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，還能不斷挖掘電網(wǎng)的潛力。電力電子逆變技術(shù)是無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)未來(lái)的主要發(fā)展方向的核心，得益于電力電子變流裝置的突出特點(diǎn)，可考慮在諧波抑制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。

（作者單位：廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局）