摘要：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。筆者就電力系統(tǒng)無功補償?shù)默F(xiàn)狀闡述了電網(wǎng)中進行無功功率補償?shù)闹匾?，無功補償?shù)脑砼c作用，無功補償裝置的應(yīng)用歷程和應(yīng)用現(xiàn)狀等簡略的體會，概述了國內(nèi)無功補償技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) 無功補償 現(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。筆者就電力系統(tǒng)無功補償?shù)默F(xiàn)狀闡述了電網(wǎng)中進行無功功率補償?shù)闹匾?，概述了國?nèi)無功補償技術(shù)的研究現(xiàn)狀，重點介紹在實際應(yīng)用中可提高配電網(wǎng)的運行效率，降低系統(tǒng)損耗等簡略的體會。

　　一、無功補償?shù)脑砼c作用

　　在電網(wǎng)對用戶輸電的過程中，電網(wǎng)要供給負載的電功率有兩種——有功功率和無功功率。有功功率(P)是指保持設(shè)備運轉(zhuǎn)所需要的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量(機械能、光能、熱能等)的電功率;而無功功率(Q)是指電氣設(shè)備中電感、電容等元件工作時建立磁場所需的電功率。

　　在工業(yè)和生活用電負載中，大部分屬于感性負載，如異步電機、變壓器、工業(yè)用電弧爐等，這些設(shè)備在運行過程中需要進行無功補償。無功補償?shù)淖饔檬牵禾岣唠娏ο到y(tǒng)及負載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量;穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。平衡三相負載的有功和無功功率等。無功補償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪栽O(shè)備與感性負載相互并聯(lián)，能量在這兩種負荷間轉(zhuǎn)換，以減少電網(wǎng)中的無功功率。

　　二、無功補償裝置應(yīng)用現(xiàn)狀

　　目前世界范圍內(nèi)掀起環(huán)境保護的熱潮，電力系統(tǒng)是一種的特定環(huán)境，公用電網(wǎng)中出現(xiàn)的無功功率，是電網(wǎng)本身的運行規(guī)律所決定，但它給電網(wǎng)運行帶來了許多麻煩。無功功率是一種既不能作有功，但又會在電網(wǎng)中引起損耗，而且又是不能缺少的一種功率。

　　在實際電力系統(tǒng)中，異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網(wǎng)產(chǎn)生感性無功電流;電力電子裝置大多數(shù)功率因數(shù)都很低，導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)大量的無功電流。無功電流產(chǎn)生無功功率，給電網(wǎng)帶來額外負擔(dān)且影響供電質(zhì)量。因此，無功功率補償就成為保持電網(wǎng)高質(zhì)量運行的一種主要手段之一，這也是當(dāng)今電氣自動化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨發(fā)展的一個重大課題，無功功率補償技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從同步調(diào)相機——開關(guān)投切固定電容器——靜止無功補償器(SVC)——靜止無功發(fā)生器(SVG)的過程。

　　早期的無功補償裝置為并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機，多在系統(tǒng)的高壓側(cè)進行集中補償。

　　并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中應(yīng)用最多的一種專用無功補償裝置，它價格便宜，易于安裝維護。但是由于電容量固定，不能實現(xiàn)系統(tǒng)無功的無級補償;由于電容器的負電壓效應(yīng)，使系統(tǒng)電壓下降更大;在系統(tǒng)存在諧波時，可能發(fā)生并聯(lián)諧振，放大諧波電流。以上缺點使并聯(lián)電容器已不能適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。

　　同步調(diào)相機是最早采用的一種無功補償設(shè)備。它實質(zhì)上是一種不帶機械負載的同步電動機。由于同步調(diào)相機屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，損耗、噪聲都很大，并且運行維護復(fù)雜，在并聯(lián)電容器得到大量使用后，它便逐漸居于次要地位。近年來，同步調(diào)相機再次得到重視，被應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)。這是由于在系統(tǒng)發(fā)生故障引起電壓降低時，同步調(diào)相機可以提供電壓支持，可在短時間進行強行勵磁，同時可以給受電側(cè)提供短路電流和電壓支撐，提供電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　隨著研究的深入，靜止無功補償技術(shù)進入人們的視線中。靜止無功補償技術(shù)是指用靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，通過吸收或發(fā)出無功電流提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。其缺點是鐵心對感性負損耗較多，伴有振動和噪聲。可控飽和電抗器通過改變控制繞組的電流來控制鐵心的飽和度，從而改變電抗器的電抗，進一步改變無功電流的大小。它能夠更好的適應(yīng)母線電壓較大的變化，但是振動和噪聲仍很大。

　　隨著電力電子技術(shù)的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了采用自換相變流電路的靜止無功補償裝置，這就是靜止無功發(fā)生器(SVG)，也被稱為高級靜止無功補償裝置(ASVC)、靜止調(diào)相機(STATCON)或者靜止補償器(STATCOM)。

　　三、靜止無功發(fā)生器裝置發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

　　隨著電力系統(tǒng)的進一步發(fā)展，要求對無功功率進行動態(tài)補償，從而產(chǎn)生了同步調(diào)相機。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電機，在過勵磁或欠勵磁的情況下，能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。自20世紀2、30年代以來的幾十年中，同步調(diào)相機在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補償曾一度發(fā)揮著主要作用，所以被稱為傳統(tǒng)的無功動態(tài)補償裝置。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機，運行中的損耗和噪聲都比較大，運行維護復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動態(tài)補償?shù)囊蟆?/p>

　　20世紀70年代以來，同步調(diào)相機開始逐漸被靜止型無功補償裝置所取代，目前有些國家已不再使用同步調(diào)相機。早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器型的，1967年英國GEC公司制成了世界上第一批該型無功補償裝置。飽和電抗器比之同步調(diào)相機具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點;但其鐵芯需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲還是很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補償負荷的不平衡，所以未能占據(jù)主流。

　　電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償?shù)奈枧_。1977年美國GE公司首次在實際電力系統(tǒng)中演示運行了晶閘管的靜止無功補償裝置。1978年此類裝置投入實際運行。隨后，世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產(chǎn)品。近10多年來，占據(jù)了靜止無功補償裝置的主導(dǎo)地位。于是靜止無功補償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置，包括晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器以及這兩者的混合裝置

　　設(shè)置無功補償電容器是補償無功功率的傳統(tǒng)方法，目前在國內(nèi)均獲廣泛應(yīng)用。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負荷并聯(lián)，以并聯(lián)電容器補償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡潔、經(jīng)濟方便等優(yōu)點，但其阻抗是固定單一的，因此不能跟蹤負荷無功需求的變化，即不能實現(xiàn)對無功功率的動態(tài)補償。

　　電能從發(fā)電廠送到用戶要經(jīng)過輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)，當(dāng)電流通過這些環(huán)節(jié)時要產(chǎn)生有功和無功損耗。無功功率是建立交流電、磁場而需的功率，無功功率同有功功率一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量以及安全運行所不可缺少的部分。在有功功率不變的情況下，無功功率的存在會使功率因數(shù)降低，視在功率增大，從而需要增大發(fā)、輸電設(shè)備的容量，增加投資和電力損耗，增加運行費用，輸電線路壓降變大，不利于電力的輸送與合理應(yīng)用。目前，除對SVC和SVG的無功補償進一步的探討外，人們還研究用于動態(tài)無功補償?shù)钠渌鞣N形式的靜止變流器，包括賭流型自換相橋式電路，交—交變頻電路等，直至最近，美國電力研究院還提出統(tǒng)一潮流控制器。事實上，所謂柔性交流輸電系統(tǒng)，是20世紀80年代以來由美國電力研究院提出的一個嶄新概念，其本質(zhì)就是將高壓大功率的電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以增強對電力系統(tǒng)的控制能力，提高原有電力系統(tǒng)的輸電能力。降低電能損耗，減少無功功率，采用無功補償是最方便、經(jīng)濟有效的方法之一。

　　四、結(jié)束語

　　在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，面臨著如何最大限度地發(fā)揮輸電線路的設(shè)計容量以及提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性這兩大問題;而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性負載的沖擊性和不平衡性使電網(wǎng)的無功損耗增加以及受電端電壓下降，大量的無功功率在電網(wǎng)中的傳輸使電能利用率大大降低且嚴重影響供電質(zhì)量。由于性價比較高，目前我國廣泛使用的還是靜止無功補償裝置。其中，能夠進行無功功率動態(tài)補償?shù)幕谥悄芸刂撇呗缘腡SC仍然需要大力推廣。

　　因此，進行電網(wǎng)中無功功率補償技術(shù)的研究是新時期電力系統(tǒng)工作的重要命題。