吴秀海 马伟
（国家电网公司运行分公司上海管理处 上海 200235）
摘要：无功补偿就是通过并联的方式将带有容性以及感性两种功率负荷的装置安装在同一线路上。本文就电力变电设计中的无功补偿技术进行了简单的分析。
关键词：电力变电站；变电计；无功补偿
1电力变电设计中的无功补偿技术
1.1调相机
同步调相机是最早把无功补偿运用到设备中的，其工作的原理与空载运作的同步电动机相似，即利用励磁运行的作用使得系统接收到无功功率，进而使得无功电源发挥作用；如果在欠励磁的情况下运行，系统便会把感性功率传输给它，从而发挥无功负荷的效果。针对励磁的运行在这种装置中会安装自动调节装置，使得同步调相机能够按照该装置产生的电压对吸收或者输出的无功功率作出相应的改变，通过调节电压来确保系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，这就决定了其有功损耗过大，约占容量的1.6~5.4%。而且同步调相机如果采取小容量，则会导致其单位容量的成本显著提升。就现阶段的情况而言，此无功补偿的装置仍然只是在生产中使用，随着控制技术的不断进步，使得其控制性能也获得了一定程度的改善。
1.2电容器
无功补偿中电容器的运用其工作原理就是将电容器并联在系统当中以提升系统的容性负载，进而再向系统输出或者吸收容性功率，完成感性负荷以及线路对于感性无功功率的需求，最终实现无功补偿的作用。利用电容器来实现无功补偿具备一系列的优点，比如一次性投资以及运行费用较少，安装调试便捷，效率高，损耗低，不仅可以集中使用，也可以分散装设。就目前的情况而言，我国电力系统中有90%的无功补偿容量都是通过并联电容器来实现的。但是，该装置提供的无功功率与对应节点电压数值的平方具有正比例的关系，这就决定了节点电压如果很低的情况下想要提升无功功率难度很大，对于补偿效果来说，改变系统电压的时候，就会使得该装置的补偿效果显著降低。
1.3电抗器
并联电抗器在无功补偿装置中是非常重要的组成部分，其最大的优势在于能够通过增加感性无功功率，从而实现对电力系统中冗余的容性无功功率的平衡，对于电力系统轻负荷、输送功率小具有很好的效果。因此，不管是在电力系统的早期还是还是在电力系统的后期都显得十分重要。如果电力系统出现轻负荷、输送功率小的情况，就会使得输电线路中的感性无功功率降低，然而导线中的电容性作用是保证输电线路产生的容性充电功率超过感性无功功率，为了确保系统电压水平得以平衡，就必须维持系统的无功平衡，否则便会使得电力系统的电压增大，严重威胁着系统运行的安全性。
图 1 电抗器性静止无功补偿器
1.4无功补偿器（SVC）
无功补偿器是第二代无功补偿装置，通常而言是指静止无功补偿器，其应用范围有输电系统的负载无功补偿以及波阻补偿。具有代表性的有晶闸管投切电抗器（TCR）、晶闸管控制电抗器+固定电容器（TCR+FC）、晶闸管投切电容器（TSC）。
TCR 结构如图 1 所示，其实现无功补偿的原理就是通过控制晶闸管触发角，来改变接入系统的等效电纳，从而实现调节系统中无功功率的输出的目的。但是该种装置尚存在问题：由于晶管具备班控的特点，一旦被触发导通，则只有等到流经它的电流不超过维持电流之后才能够关断，因此在半个电源周期时间范围内，反并联晶闸管只能够受控导通一次，这就决定了TCR在理论上不可避免地会出现控制滞后的问题，对于补偿系统的动态响应性能会造成一定程度的影响。
1.5静止无功发生器（SVG）
在电力技术飞速发展的条件下，静止无功补偿装置也逐步应用到电力系统当中，该装置使用的线路可以实现自变换变流，就其实质而言就是静止无功发生器（SVG），也可称之为静止同步补偿器，是第三代无功补偿装置。
SVG 其等效电路如图 2 所示。由于SVG使用的是全控制器件，能够实现交流上电压的相位的随便控制，即便交流上电压的幅值会受到直流上电压幅值产生的影响，但是还是在能够控制的范围内。所以可以通过控制交流上相位以及电压幅值对其进行改变，也就是说，可以实现交流上电流相位落后或者超过电网电压相位90°，最终实现吸收或输出无功功率的效果。如果忽略无功发生器所产生的损耗，那么和系统之间就没有有功交换，只存在无功交换，直流上电压电容同样会保持不变。只有在SCG启动之后，吸收了充足的有功功率，才能对电容实施充电，才可以建立直流电压。系统在正常运行时，由于存在损耗使得电网电流和电压矢量无法垂直，为了补偿SVG的损耗就需要向电网吸收有功功率。由于高压全控型器件比较昂贵，所以如果在低压系统中应用SVG的时候，可以直接使用交流电抗器和电网实现连接，如果在高压系统中应用SVG的时候，可以使用串联变压器实现与电网的连接。
图 2 SVG 主电路等效结构图
2各类无功补偿技术的对比
并联电抗器以及并联电容器可以应用的范围为负载变化较慢同时对补偿性能要求较低的情况。补偿精度差是电容器无功补偿技术最大的缺点，没有办法完成无涌流投进电容器，会在一定程度上影响电容器的使用寿命，还会使得系统中出现谐波电流。而在电抗器中能够通过可控技术来控制回路电流的励磁，进而改变铁心的饱和度，最终可以平滑的调节无功输出。
SVC以及SVG都时动态的无功补偿装置，这种装置都具备非常好的补偿跟随性，在一个正弦波周期范围内就能够产生响应，同时还能够实现补偿容性无功。然而SVC其容量受电抗器容量的制约，和SVG相比，在相同容量的情况下，SVC需要更大的电抗器。另外，由于SVG的拓扑结构应用了PWM控制技术，同时具备6对开关管，能够通过数字信号处理器来控制，具备较强的处理能力和较快的运算速度，就跟随性而言远远强于SVC，静态性能和动态性能上也有着很好的表现。但是由于SVG中使用了很多的全控型开关管，导致其在性价比上不及SVC。
结束语：
随着技术的不断创新，无功补偿装置领域同步调相机已经慢慢退出舞台，并联电容器具备非常高的无功补偿容量，所以就目前的情况而言，国内外还是将其当做主要的无功补偿方式，另外，并联电抗器一般情况下应用在输电系统中。SVC其稳定性较好，有助于电网的稳定性，SVG其运算能力强、响应速度快，是未来无功补偿技术的大趋势。
参考文献：
[1]肖冠军.变电站设计中的电压调整与无功补偿[J].建筑电气，2014（10）.
[2]王林.简析变电设计中无功补偿装置的设计方式[J].科技展望，2015（04）.
论文作者:吴秀海,马伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
标签：功率论文; 电压论文; 装置论文; 系统论文; 电容器论文; 晶闸管论文; 电抗器论文; 《电力设备》2016年第11期论文;