無功補(bǔ)償原理和作用及補(bǔ)償方式詳解
前言
隨著電網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展完善，無功補(bǔ)償技術(shù)是在電網(wǎng)中提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓、保證系統(tǒng)無功功率平衡、降低網(wǎng)損、提高供電質(zhì)量的一種重要手段，并得到廣泛的應(yīng)用。本文論述了無功補(bǔ)償?shù)母拍詈妥饔谩⒎诸�，并簡單介紹了幾種柔性交流輸電裝置的補(bǔ)償原理。
1.無功補(bǔ)償?shù)母拍詈妥饔? 1.1無功補(bǔ)償?shù)母拍? 在電力系統(tǒng)中無功功率，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)電壓時會發(fā)出或吸收無功。如不對輸電網(wǎng)中的無功功率加以控制就有可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性并導(dǎo)致過壓等問題，而某些類型的工業(yè)負(fù)荷快速變化的無功需求則可能會導(dǎo)致無法接受的電壓波動。采用電力電子裝置（電力電容或調(diào)相機(jī)等）可以通過提供可調(diào)的無功功率來解決上述問題，從而降低或免卻供電網(wǎng)輸送的無功電流、線路損耗，提高電網(wǎng)的效率，可控性和供電質(zhì)量。 1.2無功補(bǔ)償?shù)淖饔? 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)載的有功和無功功率等。 2.無功補(bǔ)償?shù)姆诸? 無功補(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?3.柔性交流輸電裝置（SVC、STATCOM、TCSC）的補(bǔ)償原理
3.1SVC（靜止無功補(bǔ)償器）
利用電容器和電抗器組成的可提供感性或容性無功補(bǔ)償?shù)难b置，能平滑控制動態(tài)無功功率。負(fù)荷側(cè)的無功經(jīng)常變化，固定無功補(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。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）提供無功補(bǔ)償?shù)幕玖浚琓SC（晶閘管投切的電容器）、TCR（晶閘管控制的電抗器）提供無功補(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功，為無功負(fù)荷，為無功補(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靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）靜止同步補(bǔ)償器功能上類似于能產(chǎn)生三相正弦對稱電壓的旋轉(zhuǎn)同步電機(jī)，在電力系統(tǒng)中能夠進(jìn)行無功或有功交換。補(bǔ)償器與SVC不同之處在于向系統(tǒng)提供的容性無功不受系統(tǒng)電壓因素的影響，適應(yīng)各種系統(tǒng)電壓且保持額定無功功率不變，因此靜止同步補(bǔ)償器能夠?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)故障時表現(xiàn)得尤為突出。
補(bǔ)償器的逆變器根據(jù)系統(tǒng)無功和有功參量來調(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，即控制參量Pf為零而Qf不為零時，靜止同步補(bǔ)償器只與系統(tǒng)進(jìn)行無功交換，而沒有有功交換。
當(dāng)系統(tǒng)與補(bǔ)償器之間沒有有功交換時，在理想情況下，逆變器的直流電容電壓保持不變。當(dāng)補(bǔ)償器只與系統(tǒng)進(jìn)行無功交換時，逆變器的輸出電壓幅值大于系統(tǒng)電壓幅值時，補(bǔ)償器向系統(tǒng)注入無功；逆變器的輸出電壓幅值小于系統(tǒng)電壓幅值時，補(bǔ)償器從系統(tǒng)吸收無功。當(dāng)逆變器的輸出電壓與系統(tǒng)電壓相位不同時，即控制參量Pf不為零，此時補(bǔ)償器將與系統(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，需對逆變器的直流電容電壓進(jìn)行控制。當(dāng)補(bǔ)償器與系統(tǒng)進(jìn)行有功交換時，逆變器的輸出電壓的相位超前于系統(tǒng)電壓相位時，補(bǔ)償器向系統(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，補(bǔ)償器從系統(tǒng)吸收有功。
3.3TCSC（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，是通過調(diào)節(jié)與電容器并聯(lián)的電抗量來間接實(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應(yīng)的觸發(fā)角。
4.結(jié)語
采用無功補(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)是無功補(bǔ)償技術(shù)未來的主要發(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實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。
�。ㄗ髡邌挝唬簭V西電網(wǎng)有限責(zé)任公司柳州供電局）
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