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摘要：本文详细阐述了无功补偿的作用和相关技术的发展历程，分析了各类补偿方法的特点和存在的问题，并对无功补偿技术的发展进行了探讨。
关键词：电力系统；无功补偿；静止无功发生器
在电网中，电子设备应用越来越广泛，随之而来的是大量谐波，大量的高次谐波分量直接导致了电网电压的波动和闪变。为了提高电网电压的稳定性，研究响应速度快、节能环保的无功补偿装置就更加刻不容缓。
一、无功补偿设备原理及意义
1、电网中传送的功率不仅有有功功率的存在而且还有无功功率。无功功率的传送同样需要电流来完成，这样就会增加线路上的功率损耗，引起发热，增大了线路末端电压降。无功补偿的基本原理就是将具有容性负荷的装置与具有感性负载的装置并接到同一电路中，能量在两种负载之间交替，相互抵消无功功率。
2、无功补偿的意义：
1）可以提高有功功率在电网中的比重，降低线损，提高经济效益；2）可以减少设备设计容量，从而减少投资；3）当出现三相负载不平衡时，可通过无功补偿来调节三相负载使其趋于平衡；4）通过调节无功功率在电网中的流动；来改善电能质量、提高系统的抗干扰能力。
二、无功补偿技术的发展历程
电力系统中，较常见的无功补偿设备有同步调相机、并联电容器及静止无功补偿装置等，在此主要讨论一下静止无功补偿装置。
静止无功补偿设备经历了几十年不断创新、发展完善的过程。主要分成三个阶段：第1阶段为机械式人工手动投切的无源补偿装置，属慢速无功补偿装置；第2阶段为晶闸管控制电抗器（TcR）和自动控制投切电容器（TSC）型的SVC及MSVC装置，自动投切速度在100ms左右；第3阶段为电压源换流器的静止同步补偿装置（SVG），属快速的动态无功补偿装置，自动投切速度可以实现在30ms以内。
MSVC磁控动态无功补偿装置，综合了（VQC）与（MCR）控制为一体，VQC电压无功补偿控制是对有载调压变压器分接头切换和并联电容器投切进行综合优化自动控制。
随着风电容量在电网中的比例逐渐增大，为了减小大规模风电场并网对电网带来的不利影响，风电场发电功率能按要求进行调节已经成为强制性要求。通过提高风电场功率调节的响应时间保证了风电场输出功率的稳定性。电网要求无功补偿装置动态调节响应时间小于30ms。在SVC中MCR调节速度较30ms有一定的差距。
三、几种补偿技术的介绍
1、调节电容的补偿方式：
固定补偿由隔离开关、电容器和电抗器组成，由于无功功率是根据负载在不断的改变，因此固定补偿技术会造成设备处于过补或欠补状态。同时，因为FC固定补偿支路是固定的电容，安装后无法调节，投运后，实际上时相当于一个负载时刻在消耗电能。
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1）、电容组投切补偿FC补偿（TSC）
利用真空开关（串联晶闸管）分组自动投切的补偿装置，即对将电容分成个组，对电容进行分组投切，已便达到跟踪系统变化。但通过接触器或断路器投切反应速度慢，无法满足系统无功变化的需求。
2）、原理：利用对系统无功功率的取样，控制开关分组投切电容器，其调节方式是离散式的，容易过补和欠补。同时分成各个支路仍无法完成滤除各次谐波的作用，电容对谐波同时也有放大作用。
2、MCR\TCR型SVC 动态无功补偿设备
1）、其实质原理是将系统无功过补偿，然后通过TCR或者MCR 电抗器来吸收多余的无功。其自身产生谐波，以及通过晶闸管控制，极其不稳定。
2）、TCR\MCR型SVC的技术特点：
a、高电压和大电流长期作用于晶闸管上时，易造成晶闸管击穿。b、晶闸管发热能力强，需要辅助冷却设备。维护量大。c、自身谐波含量大，污染电网。TCR自身产生谐波，必须配备滤波器组滤除自身谐波才能工作；若需要同时滤除背景谐波，还需要增加滤波器容量。d、占地面积很大。e、响应时间为40ms左右。
3、SVG动态无功补偿设备
3.1、阀体技术要求：1）容量调节范围：从额定感性容量到额定容性容量连续可调；2）平均损耗：<0.8%；3）谐波特性：<3%IN；4）响应速度：不大于10ms。
3.2、阀体选型：动态无功补偿装置采用先进的全控型器件IGBT，其开关频率不低于500Hz。装置主回路元件的选用，留有足够的电压、电流裕度，元件有良好的dv/dt，di/dt特性。阀体元件选用原装进口IGBT。
3.3、主电路组成：系统主电路采用链式串联结构，星形连接，采用冗余设计，满足“N-1”的运行要求；
3.4、阀体保护：动态无功补偿装置大功率电力电子元器件具有完善的保护功能，包括但不限于以下类型：直流过压保护；电力电子元件损坏检测保护；丢脉冲保护；触发异常保护。
3.5、主控制器的基本功能：a、能根据电网电压及无功的变化实现脉冲发生和分配从而达到自动调节无功输出；b、自动检测功能，可通过检测、控制来实现远方自动投切，投切方式有手动投切和远方投切，方式之间有可靠的闭锁。c、参数设置功能，设置内容可保存长期保持，并不受外界干扰。
3.6、动态无功补偿装置的性能：a、快速响应：可跟踪电网电能质量实际状况自动调节无功输出，响应时间不大于10ms，使其任意时段都运行于高功率因数之下。b、谐波性能更好：能实现有源滤波功能。c、运行效率更高：始终将有功损耗控制在不大于总输出容量的0.8%以下；
SVG型动态无功补偿与谐波治理装置是目前最先进的动态无功补偿技术。具备以下特点。
（1）补偿性能强：能最大限度的满足补偿功率因数要求，且动态响应速度快；
（2）安全性能高：在运行中不会产生过电流和谐波过电压，尤其适用于风电场变电站的无功补偿要求。
（3）谐波特性好：运行过程中不会产生谐波电流。
（4）运行维护简单，由于自身不产生谐波，免去了安装滤波器器件，这样维护量大大减小，器件模块化设计，运行耗能少，设备噪音低，基本可以实现免维护。
四、结语
无功补偿是电网稳定运行的一个重要因素，保证电力系统的电压不致过高。随着技术的不断更新发展以及电网安全稳定的需要，无功补偿装置将会得到更为普遍的应用，电力系统的无功补偿技术也将不断发展、完善，迈向新的阶段。
参考文献：
[1]王兆安，刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J].电力电子技术，1997，
[2]牛轶男，冯 婷，汪 扬，等.电力系统无功补偿技术发展现状[J].信息通信，2011，
论文作者:葛廷岩
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：谐波论文; 装置论文; 电网论文; 功率论文; 晶闸管论文; 电压论文; 技术论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;