電力系統(tǒng)無功補償?shù)难芯?/h1>
2012-05-28 09:15:38陽麗蔣正忠韋佳祥
電氣開關(guān) 2012年3期
陽麗，蔣正忠，韋佳祥
(1.廣西電網(wǎng)公司來賓供電局，廣西 來賓 546100;2.廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007)
1 引言
在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個重要的指標(biāo)，為確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，電壓和頻率必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率平衡有關(guān)，而電壓的控制則取決于無功功率的平衡。
無功功率和有功功率一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運行所必不可少的部分［1］。當(dāng)無功功率不足時，會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，電力線路的電壓損失加大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列，從而造成大面積停電事故。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(fù)荷的快速增長對無功的需求也大幅上升，即使電網(wǎng)無功功率不平衡，也導(dǎo)致大量無功功率存在。因此，對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補償已成為一個輸電、變電、供電不可缺少的環(huán)節(jié)，也是提高功率因數(shù)、節(jié)約電能、提高運行質(zhì)量的重要保證。
2 無功補償原理
在交流電路中，電網(wǎng)需給負(fù)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，即將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(機(jī)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。而純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓90°，純電容負(fù)載中電流超前電壓90°，也就是說純電容中電流與純電感中的電流相位差為180°，可以相互抵消。無功補償?shù)幕驹硎?把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補償。
為了更好的說明無功補償?shù)脑?，本文以裝設(shè)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補償來說明。其無功補償原理如圖1～圖3所示。
圖1 電容補償電路圖
圖2 欠補償向量圖
圖3 過補償向量圖
電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為:
給R、L電路并聯(lián)接入C之后，電路如圖1所示。該電路的電流方程為:
3 無功補償?shù)淖饔茫?，3］
3.1 提高功率因數(shù)及減少用戶電費支出
圖4中:P1為有功功率;S1為補償前的視在功率;S1為補償后的視在功率;Q1為補償前的無功功率;Q1為補償后的無功功率;φ1為補償前的功率因數(shù)角;φ2為補償后的功率因數(shù)角。由圖4可以看出，在有功功率P1一定的前提下，無功功率補償以后(補償容量QC=Q1－Q2)，功率因數(shù)角由φ1減小到φ2，故補償后功率因數(shù)cosφ2大于cosφ1，功率因數(shù)提高了。
圖4 無功功率補償圖
提高功率因數(shù)為企業(yè)節(jié)約開支，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。并且由于減少了用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，也可以減少相應(yīng)電費支出?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。
3.2 提高設(shè)備有功出力
在設(shè)備容量不變的情況下，由于提高了功率因數(shù)可以少送無功功率，因此可以多送有功功率，如圖5所示。
圖5 設(shè)備出力比較圖
可多送的有功功利ΔP可由下式計算:ΔP=P2－ P1=S1(cosφ2－cosφ1)(kW)
也就是說，在供電設(shè)備的容量(即視在功率S1)一定時，若補償前功率因數(shù)角為φ1，供電設(shè)備能提供的最大有功功率為P1;如果補償后(補償容量QC=Q1－Q2)功率因數(shù)角由φ1減小到φ2，則設(shè)備能提供的最大有功功率也隨之增大到P1+ΔP?？梢姡瑹o功補償提高了供電設(shè)備的有功出力。
3.3 減少供電變壓器容量
若需要的有功不變，則由于需要的無功減少，所需供電變壓器的容量ΔS也相應(yīng)減少，如圖6所示?？蓽p少的變壓器容量ΔS可由下式計算:
可以減少供電設(shè)備容量占原容量的百分比為
圖6 變壓器容量比較圖
若某臺變壓器的功率因數(shù)由0.857提高至0.967，則供電設(shè)備容量可減少11.37%。
3.4 減少線路電壓降
線路電壓降ΔU的計算公式為:
式中，P為有功功率(kW);Q為無功功率(kvar);U為額定電壓(kV);R為線路總電阻(Ω);X為線路感抗(Ω)。
由以上表達(dá)式可以看出，輸電線路電壓損耗由兩部分組成，即有功功率在電阻上的壓降和無功功率在電抗上的壓降。一般說來，在電網(wǎng)的線路、變壓器的等值電路中，電抗的數(shù)值比電阻大得多。所以無功功率對電壓損耗的影響很大，而有功功率對電壓損耗的影響則要小得多。因此，在電力系統(tǒng)中，無功功率是造成電壓損耗的主要因素。
安裝補償容量QC后，線路電壓降ΔU1的計算公式為:
很明顯，ΔU1＜ΔU，即安裝補償電容后電壓損失減小了。由以上兩式可得接入補償容量QC后電壓升高值:
隨著線路的增長，越靠近線路末端，線路的電抗X就越大，越靠近線路末端裝設(shè)無功補償裝置對改善電壓質(zhì)量效果更好。
3.5 減少電網(wǎng)線路損耗
三相電路中，功率損耗ΔP的計算公式為:
由計算公式可知，電力線路上有功功率的損耗與功率因數(shù)cosφ的平方成反比，功率因數(shù)增大則電力線路的有功損耗會降得更多，從而減少電能在傳輸過程中的損失。
3.6 降低電網(wǎng)的功率損耗
由計算公式可知，增加了無功補償量QC后，電網(wǎng)發(fā)送的無功功率就會減少，從而降低電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗，進(jìn)一步提高供電效率。
綜上所述，無功補償裝置是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高設(shè)備有功出力、降低供電變壓器容量、改善電壓質(zhì)量、減少電網(wǎng)線損以及功率損耗的有效方法。
4 無功補償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)的無功補償裝置，除電容器只能吸收容性無功功率(即發(fā)出感性無功功率)，其余幾類補償裝置既能吸收容性無功，也能吸收感性無功。
4.1 同步調(diào)相機(jī)
同步調(diào)相機(jī)實際上是一種不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運行的同步電動機(jī)。其優(yōu)點是能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，這種自動調(diào)節(jié)的勵磁裝置能夠在電力系統(tǒng)端電壓波動變化時對無功功率進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。它雖然能進(jìn)行動態(tài)補償，但響應(yīng)慢，運行維護(hù)復(fù)雜，多為高壓側(cè)集中補償，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(jī)再次得到重視，被應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)［4］。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(jī)可以提供電壓支持，可在短時間進(jìn)行強(qiáng)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。
4.2 并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器將固定的電容器與感性負(fù)載相并聯(lián)，改變負(fù)載的相位角，從而提高負(fù)載的功率因數(shù)，實現(xiàn)對負(fù)載側(cè)的無功補償。因其具有原理簡單、安裝、運行和維護(hù)方便、自身損耗小、效率高等優(yōu)點，因此是電網(wǎng)中應(yīng)用最多的一種專用無功補償裝置［5］。但是它只能補償感性無功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，對于無功變化比較快的一些負(fù)載，無法做到快速的動態(tài)響應(yīng)，使無功補償?shù)男首兊?具有負(fù)電壓效應(yīng)，補償容量(Q=ωCU2)受電網(wǎng)電壓影響很大，與電壓的平方成正比，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，補償?shù)臒o功量急劇下降，系統(tǒng)電壓下降更大;由于電容器只能提供容性無功，當(dāng)系統(tǒng)的無功過剩時會造成電壓偏高;對諧波起放大作用，容易發(fā)生諧振。
4.3 靜止無功補償器
靜止無功補償器(Static Var Compensator，SVC)簡稱靜止補償器，由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就成為能夠平滑地改變輸出(或吸收)無功功率的靜止補償器［1］。由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制，因此當(dāng)電壓變化時，靜止補償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰€能做到分相補償;同時，對于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷適應(yīng)性較強(qiáng)。SVC有各種不同的型式，如晶閘管控制電抗器型(TCR型)、晶閘管投切電容器型(TSC型)，以及飽和電抗器型(SR型)等。由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產(chǎn)生高次諧波，在使用過程中通常需加裝專門的濾波器［6］。
4.4 靜止無功發(fā)生器
靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可使電路吸收或發(fā)出滿足需求的無功電流，從而動態(tài)補償無功功率。與靜止補償器相比，靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度更快、運行范圍更寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中的諧波含量［7］，更為重要的是電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流，它的儲能元件(如電容器)的容量遠(yuǎn)比它所提供的無功容量要?。?］。當(dāng)然，正是由于靜止無功發(fā)生器所具備的這些優(yōu)勢，決定了其具有復(fù)雜的控制方法及控制系統(tǒng)，并且需要采用數(shù)量較多的全控器件，由于其價格要比現(xiàn)在所用的普通晶閘管高得多，因此靜止無功發(fā)生器的成本相對較高，這大大影響了它的普及性。
4.5 電力有源濾波器
電力有源濾波器(Active Power Filter，APF)其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，其具體特點如下:具有自適應(yīng)功能，實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng);可同時對諧波和無功功率進(jìn)行補償，補償諧波時所需儲能元件的容量不大，且補償無功功率的大小可以做到連續(xù)調(diào)節(jié);受電網(wǎng)電阻的影響不大，不容易和電網(wǎng)電阻發(fā)生諧振;且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
4.6 統(tǒng)一潮流控制器
統(tǒng)一潮流控制器(Unified Power Flowcontroller，UPFC)是靈活交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission Systems，F(xiàn)ACTS)中最有代表性的裝置，它綜合了許多FACTS器件的靈活控制手段，被認(rèn)為是最有創(chuàng)造性的、功能強(qiáng)大的 FACTS元件［8，9］。它是由并聯(lián)補償?shù)撵o止無功補償器(STATCOM)和串聯(lián)補償?shù)撵o止同步串聯(lián)補償器(SSSC)相結(jié)合組成的新型潮流控制裝置。它可以分別或同時對電力系統(tǒng)的有功功率、無功功率、電壓進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，通過對交流輸電系統(tǒng)進(jìn)行實時控制和動態(tài)補償，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。UPFC注入系統(tǒng)的無功是其本身裝置控制和產(chǎn)生的，并不大量消耗或提供有功功率。UPFC技術(shù)是目前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)的最新發(fā)展方向，對電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運行將帶來重要的影響。
5 結(jié)束語
通過本文分析可知，無功補償可以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，對電網(wǎng)的節(jié)能降損，安全可靠運行有著極為重要的意義。在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，根據(jù)實際情況合理進(jìn)行無功補償，將會帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，無功補償裝置也必將朝著更加專業(yè)化、智能化的方向前進(jìn)。
［1］何仰贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析(下)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2003(3):81－99.
［2］劉旭明.低壓配電網(wǎng)無功補償研究與探討［J］.中國電力教育，2011(15):102－103.
［3］紹斌.無功補償?shù)囊饬x及補償方式［J］.貴州化工，2011，8(4):31－33.
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［5］劉乾業(yè).我國電網(wǎng)無功補償裝置建設(shè)情況及分析［J］.電力電容器，2009(3):40－42.
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陽麗，蔣正忠，韋佳祥
(1.廣西電網(wǎng)公司來賓供電局，廣西 來賓 546100;2.廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007)
1 引言
在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個重要的指標(biāo)，為確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，電壓和頻率必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率平衡有關(guān)，而電壓的控制則取決于無功功率的平衡。
無功功率和有功功率一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運行所必不可少的部分［1］。當(dāng)無功功率不足時，會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，電力線路的電壓損失加大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備損壞，系統(tǒng)解列，從而造成大面積停電事故。近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(fù)荷的快速增長對無功的需求也大幅上升，即使電網(wǎng)無功功率不平衡，也導(dǎo)致大量無功功率存在。因此，對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補償已成為一個輸電、變電、供電不可缺少的環(huán)節(jié)，也是提高功率因數(shù)、節(jié)約電能、提高運行質(zhì)量的重要保證。
2 無功補償原理
在交流電路中，電網(wǎng)需給負(fù)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，即將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(機(jī)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。而純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓90°，純電容負(fù)載中電流超前電壓90°，也就是說純電容中電流與純電感中的電流相位差為180°，可以相互抵消。無功補償?shù)幕驹硎?把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補償。
為了更好的說明無功補償?shù)脑?，本文以裝設(shè)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補償來說明。其無功補償原理如圖1～圖3所示。
圖1 電容補償電路圖
圖2 欠補償向量圖
圖3 過補償向量圖
電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為:
給R、L電路并聯(lián)接入C之后，電路如圖1所示。該電路的電流方程為:
3 無功補償?shù)淖饔茫?，3］
3.1 提高功率因數(shù)及減少用戶電費支出
圖4中:P1為有功功率;S1為補償前的視在功率;S1為補償后的視在功率;Q1為補償前的無功功率;Q1為補償后的無功功率;φ1為補償前的功率因數(shù)角;φ2為補償后的功率因數(shù)角。由圖4可以看出，在有功功率P1一定的前提下，無功功率補償以后(補償容量QC=Q1－Q2)，功率因數(shù)角由φ1減小到φ2，故補償后功率因數(shù)cosφ2大于cosφ1，功率因數(shù)提高了。
圖4 無功功率補償圖
提高功率因數(shù)為企業(yè)節(jié)約開支，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費。并且由于減少了用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗，也可以減少相應(yīng)電費支出?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。
3.2 提高設(shè)備有功出力
在設(shè)備容量不變的情況下，由于提高了功率因數(shù)可以少送無功功率，因此可以多送有功功率，如圖5所示。
圖5 設(shè)備出力比較圖
可多送的有功功利ΔP可由下式計算:ΔP=P2－ P1=S1(cosφ2－cosφ1)(kW)
也就是說，在供電設(shè)備的容量(即視在功率S1)一定時，若補償前功率因數(shù)角為φ1，供電設(shè)備能提供的最大有功功率為P1;如果補償后(補償容量QC=Q1－Q2)功率因數(shù)角由φ1減小到φ2，則設(shè)備能提供的最大有功功率也隨之增大到P1+ΔP?？梢姡瑹o功補償提高了供電設(shè)備的有功出力。
3.3 減少供電變壓器容量
若需要的有功不變，則由于需要的無功減少，所需供電變壓器的容量ΔS也相應(yīng)減少，如圖6所示?？蓽p少的變壓器容量ΔS可由下式計算:
可以減少供電設(shè)備容量占原容量的百分比為
圖6 變壓器容量比較圖
若某臺變壓器的功率因數(shù)由0.857提高至0.967，則供電設(shè)備容量可減少11.37%。
3.4 減少線路電壓降
線路電壓降ΔU的計算公式為:
式中，P為有功功率(kW);Q為無功功率(kvar);U為額定電壓(kV);R為線路總電阻(Ω);X為線路感抗(Ω)。
由以上表達(dá)式可以看出，輸電線路電壓損耗由兩部分組成，即有功功率在電阻上的壓降和無功功率在電抗上的壓降。一般說來，在電網(wǎng)的線路、變壓器的等值電路中，電抗的數(shù)值比電阻大得多。所以無功功率對電壓損耗的影響很大，而有功功率對電壓損耗的影響則要小得多。因此，在電力系統(tǒng)中，無功功率是造成電壓損耗的主要因素。
安裝補償容量QC后，線路電壓降ΔU1的計算公式為:
很明顯，ΔU1＜ΔU，即安裝補償電容后電壓損失減小了。由以上兩式可得接入補償容量QC后電壓升高值:
隨著線路的增長，越靠近線路末端，線路的電抗X就越大，越靠近線路末端裝設(shè)無功補償裝置對改善電壓質(zhì)量效果更好。
3.5 減少電網(wǎng)線路損耗
三相電路中，功率損耗ΔP的計算公式為:
由計算公式可知，電力線路上有功功率的損耗與功率因數(shù)cosφ的平方成反比，功率因數(shù)增大則電力線路的有功損耗會降得更多，從而減少電能在傳輸過程中的損失。
3.6 降低電網(wǎng)的功率損耗
由計算公式可知，增加了無功補償量QC后，電網(wǎng)發(fā)送的無功功率就會減少，從而降低電網(wǎng)和變壓器中的功率損耗，進(jìn)一步提高供電效率。
綜上所述，無功補償裝置是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高設(shè)備有功出力、降低供電變壓器容量、改善電壓質(zhì)量、減少電網(wǎng)線損以及功率損耗的有效方法。
4 無功補償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀
電力系統(tǒng)的無功補償裝置，除電容器只能吸收容性無功功率(即發(fā)出感性無功功率)，其余幾類補償裝置既能吸收容性無功，也能吸收感性無功。
4.1 同步調(diào)相機(jī)
同步調(diào)相機(jī)實際上是一種不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運行的同步電動機(jī)。其優(yōu)點是能在欠勵或過勵的情況下向系統(tǒng)吸收或供出無功，這種自動調(diào)節(jié)的勵磁裝置能夠在電力系統(tǒng)端電壓波動變化時對無功功率進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，從而維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。它雖然能進(jìn)行動態(tài)補償，但響應(yīng)慢，運行維護(hù)復(fù)雜，多為高壓側(cè)集中補償，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(jī)再次得到重視，被應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)［4］。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(jī)可以提供電壓支持，可在短時間進(jìn)行強(qiáng)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。
4.2 并聯(lián)電容器
并聯(lián)電容器將固定的電容器與感性負(fù)載相并聯(lián)，改變負(fù)載的相位角，從而提高負(fù)載的功率因數(shù)，實現(xiàn)對負(fù)載側(cè)的無功補償。因其具有原理簡單、安裝、運行和維護(hù)方便、自身損耗小、效率高等優(yōu)點，因此是電網(wǎng)中應(yīng)用最多的一種專用無功補償裝置［5］。但是它只能補償感性無功，且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，對于無功變化比較快的一些負(fù)載，無法做到快速的動態(tài)響應(yīng)，使無功補償?shù)男首兊?具有負(fù)電壓效應(yīng)，補償容量(Q=ωCU2)受電網(wǎng)電壓影響很大，與電壓的平方成正比，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，補償?shù)臒o功量急劇下降，系統(tǒng)電壓下降更大;由于電容器只能提供容性無功，當(dāng)系統(tǒng)的無功過剩時會造成電壓偏高;對諧波起放大作用，容易發(fā)生諧振。
4.3 靜止無功補償器
靜止無功補償器(Static Var Compensator，SVC)簡稱靜止補償器，由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就成為能夠平滑地改變輸出(或吸收)無功功率的靜止補償器［1］。由于晶閘管對于控制信號反應(yīng)極為迅速，而且通斷次數(shù)也可以不受限制，因此當(dāng)電壓變化時，靜止補償器能快速、平滑地調(diào)節(jié)，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰€能做到分相補償;同時，對于三相不平衡負(fù)荷及沖擊負(fù)荷適應(yīng)性較強(qiáng)。SVC有各種不同的型式，如晶閘管控制電抗器型(TCR型)、晶閘管投切電容器型(TSC型)，以及飽和電抗器型(SR型)等。由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產(chǎn)生高次諧波，在使用過程中通常需加裝專門的濾波器［6］。
4.4 靜止無功發(fā)生器
靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)的基本原理是將自換相橋式電路通過電抗或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可使電路吸收或發(fā)出滿足需求的無功電流，從而動態(tài)補償無功功率。與靜止補償器相比，靜止無功發(fā)生器響應(yīng)速度更快、運行范圍更寬，而且在采取多重化、多電平或PWM技術(shù)等措施后可大大減少補償電流中的諧波含量［7］，更為重要的是電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流，它的儲能元件(如電容器)的容量遠(yuǎn)比它所提供的無功容量要?。?］。當(dāng)然，正是由于靜止無功發(fā)生器所具備的這些優(yōu)勢，決定了其具有復(fù)雜的控制方法及控制系統(tǒng)，并且需要采用數(shù)量較多的全控器件，由于其價格要比現(xiàn)在所用的普通晶閘管高得多，因此靜止無功發(fā)生器的成本相對較高，這大大影響了它的普及性。
4.5 電力有源濾波器
電力有源濾波器(Active Power Filter，APF)其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，其具體特點如下:具有自適應(yīng)功能，實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng);可同時對諧波和無功功率進(jìn)行補償，補償諧波時所需儲能元件的容量不大，且補償無功功率的大小可以做到連續(xù)調(diào)節(jié);受電網(wǎng)電阻的影響不大，不容易和電網(wǎng)電阻發(fā)生諧振;且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
4.6 統(tǒng)一潮流控制器
統(tǒng)一潮流控制器(Unified Power Flowcontroller，UPFC)是靈活交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC Transmission Systems，F(xiàn)ACTS)中最有代表性的裝置，它綜合了許多FACTS器件的靈活控制手段，被認(rèn)為是最有創(chuàng)造性的、功能強(qiáng)大的 FACTS元件［8，9］。它是由并聯(lián)補償?shù)撵o止無功補償器(STATCOM)和串聯(lián)補償?shù)撵o止同步串聯(lián)補償器(SSSC)相結(jié)合組成的新型潮流控制裝置。它可以分別或同時對電力系統(tǒng)的有功功率、無功功率、電壓進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，通過對交流輸電系統(tǒng)進(jìn)行實時控制和動態(tài)補償，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。UPFC注入系統(tǒng)的無功是其本身裝置控制和產(chǎn)生的，并不大量消耗或提供有功功率。UPFC技術(shù)是目前電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)的最新發(fā)展方向，對電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運行將帶來重要的影響。
5 結(jié)束語
通過本文分析可知，無功補償可以提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，對電網(wǎng)的節(jié)能降損，安全可靠運行有著極為重要的意義。在國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的今天，根據(jù)實際情況合理進(jìn)行無功補償，將會帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，無功補償裝置也必將朝著更加專業(yè)化、智能化的方向前進(jìn)。
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