周元

（西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710075）

電力系統(tǒng)中無功補償裝置的應(yīng)用分析

周元

（西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710075）

無功補償能夠降低供電變壓器及輸送線路的電能損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境，對于保障電力系統(tǒng)的正常運行發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。合理選擇無功補償裝置，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)運行起到正向作用，而如果無功補償裝置選用不當，則會引起電壓波動、諧波增大等問題。因此，必須要明確無功補償裝置的分類，并結(jié)合實際情況，科學(xué)選擇無功補充裝置，并最終達到電力系統(tǒng)“降耗提質(zhì)”的效果。

電力系統(tǒng)；無功補償裝置；原理；應(yīng)用分析

1 無功補充的原理

根據(jù)電能的作用形式不同，將電網(wǎng)輸出功率分為有功功率和無功功率兩部分。其中有功功率就是指將電能轉(zhuǎn)化為實際可用的動能、熱能或化學(xué)能，為人們?nèi)粘Ｉ罨蚱髽I(yè)工作提供必要的動力能源；無功功率就是電力輸送過程中消耗的電能，這部分電能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能，以供電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備運行。這里所指的“無功”，并不等同于“無用”。無功補償?shù)谋举|(zhì)實際上是利用一種無功補償器所發(fā)出的無功來抵消負載或潮流的無功部分，以減輕輸電線路的負擔。這種無功補償器可以給電網(wǎng)提供所需的無功功率，也可以根據(jù)電網(wǎng)需求從電網(wǎng)吸收無功功率。理論上“無功電源”本身是不產(chǎn)生也不消耗任何有功功率的，因此，它不需要原動機，只需在適當時刻能提供或吸收所需大小的無功功率即可完成無功補償?shù)娜蝿?wù)。

2 無功補償裝置分類及選擇

2.1 機械旋轉(zhuǎn)類無功補償裝置

作為最早應(yīng)用的無功補償裝置，機械旋轉(zhuǎn)類無功補償裝置發(fā)揮著無功調(diào)節(jié)、靜態(tài)電壓穩(wěn)定的作用。與現(xiàn)代常用的靜止類無功補償裝置相比，機械旋轉(zhuǎn)類無功補償裝置是借助于轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流調(diào)節(jié)，進而達到調(diào)控?zé)o功功率輸出的目的。具體的裝置包括同步調(diào)相機、同步發(fā)電機、同步電動機三類。

（1）同步調(diào)相機。從本質(zhì)上來說，同步調(diào)相機可以近似看做一臺同步電動機，兩者間的主要區(qū)別在于同步調(diào)相機運行過程中不會產(chǎn)生負載。同步調(diào)相機的補償特點是它既能夠過勵磁運行，也能夠欠勵磁運行。當過勵磁運行時，同步調(diào)相機生成感性無功功率，此時起到升壓的效果；反之，欠勵磁運行時能夠吸收感性無功功率，進而達到降壓的效果。由于無功補償靈活，因此同步調(diào)相機在早期的電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。

（2）同步發(fā)電機。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，同步發(fā)電機也是一種常見的無功補償裝置。但是隨著電力系統(tǒng)向信息化和智能化方向發(fā)展，同步發(fā)電機的無功補償效果難以滿足電力系統(tǒng)的運行需求，逐漸被其他裝置所代替。同步發(fā)電機的無功補償原理與同步調(diào)相機大體類似，但是同步發(fā)電機不僅能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，而且能夠有效控制發(fā)電機的輸出電壓，進而實現(xiàn)了對無功功率的調(diào)控。但是同步發(fā)電機的調(diào)控功能相對有限，通常情況下，其調(diào)控幅值的大小會受到發(fā)電機運行電壓的影響。

同步發(fā)電機不適合用作無功補嘗裝置的原因在于，發(fā)電機自身的電容較小，且運行過程中內(nèi)部電壓的波動幅度較大，容易造成電路運行不穩(wěn)。尤其是在發(fā)電機超負荷運行的狀態(tài)下，很有可能因功率過大而擊穿絕緣層，引發(fā)電機故障。另外，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的無功補償裝置得到了應(yīng)用，同步發(fā)電機原有的應(yīng)用優(yōu)勢不夠明顯，因此通常不會作為無功補償裝置的首選對象。

2.2 靜止類無功補償裝置

靜止類無功補償裝置沒有旋轉(zhuǎn)部分，整個設(shè)備在運行過程中處于相對靜止狀態(tài)。靜止類無功補償裝置與旋轉(zhuǎn)類無功補嘗裝置相比，體積更小、效率更高，并且由于采用集成化控制，因此系統(tǒng)的響應(yīng)速度快。目前電力系統(tǒng)中所用的無功補償裝置中約有 80%以上采用靜止類無功補償裝置，具體包括固定電容、晶閘管控制電抗器、靜止無功補償器等。

（1）固定電容。利用固定電容實現(xiàn)負載側(cè)無功補償，具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用的應(yīng)用優(yōu)勢。但是在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，固定電容的應(yīng)用缺點也比較明顯：在電容通電的瞬間，其瞬時電壓往往要超過額定電壓的幾十倍甚至上百倍，此時電容內(nèi)部電流超載運行，很容易擊穿電容，直接造成設(shè)備的損壞。除此之外，固定電容只能實現(xiàn)分級補償，這也就意味著無功補償?shù)男Ч钟邢?，并且逐級補償也會浪費較多的時間，很難保證無功補償和電力系統(tǒng)調(diào)控的實時性。

（2）晶閘管控制電抗器。電力系統(tǒng)實際運用中的晶閘管控制電抗器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是基本的組成部分包括固定電抗器和雙向?qū)ňчl管。作為一種感性無極補償器，晶閘管控制電抗器可以根據(jù)晶閘管內(nèi)部電壓的變化，來實現(xiàn)對感性電抗的無極調(diào)節(jié)。例如，電力系統(tǒng)中的負荷電壓會時刻發(fā)生變化，尤其是在夏季用電高峰期，需要及時調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的輸電流量，避免因局部電壓過高而導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓。晶閘管控制電抗器的作用就是采用電抗性補償措施，在用電高峰期臨時提高電網(wǎng)電壓上限，確保電力系統(tǒng)始終維持在正常運行狀態(tài)。

3 無功補償裝置的優(yōu)越性

3.1 操作便捷

現(xiàn)階段應(yīng)用的無功補償裝置，大多采用單片機進行數(shù)據(jù)處理和信息分析，極大的提高了系統(tǒng)運行效率。在設(shè)備安裝之前，由專門的技術(shù)人員將控制程序錄入到單片機中，從而實現(xiàn)了無功補償裝置的自動化運行。同時，每臺裝置上設(shè)置人機交互界面，便于管理人員及時掌握電力系統(tǒng)的運行情況，或是通過界面操作調(diào)取歷史數(shù)據(jù)、下達控制指令等。

3.2 通訊靈活

在無功補償裝置內(nèi)部安裝無線傳輸和接收裝置，能夠利用終端計算機實現(xiàn)遠程無線控制和實時通訊。通常情況下，無功補償裝置內(nèi)部的單片機上有多個通信串口，且每個串口與無功補償裝置的一部分設(shè)備相連。這樣一來，單片機的控制指令就能夠從串口及時發(fā)送出去，從而達到了動態(tài)控制的效果。而這些控制指令，既可以由數(shù)據(jù)庫直接調(diào)用，也可以通過無線通訊裝置，進行遠程傳輸。

3.3 模塊集成

結(jié)合以往的工作經(jīng)驗可以發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)無功補償裝置逐漸向小型化、智能化方向發(fā)展。以現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的靜止類無功補償裝置為例，其內(nèi)部大多采用集成芯片，這種集成芯片不僅數(shù)據(jù)處理和信號分析的速度快，而且排列緊密、體積較小。除此之外，用集成化模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨立配件，也能夠提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，避免了因外界環(huán)境因素而給無功補償裝置的運行帶來干擾影響。

3.4 智能終端

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得電力系統(tǒng)的無功補償可通過電網(wǎng)監(jiān)控中心發(fā)出的指令實施投切操作，這種操作指令均是通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的。電網(wǎng)監(jiān)控中心通過從各遠程終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，經(jīng)最優(yōu)控制、決策運算后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信道啟動相關(guān)的無功補償設(shè)備。電力系統(tǒng)綜合自動化中常采用這種形式。

4 結(jié)語

在無功補償?shù)陌l(fā)展歷史中，電力電子開關(guān)對無功補償技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的推動作用，它的應(yīng)用是無功補償發(fā)展中的一個重要里程碑。電力電子開關(guān)不僅能保證快速、準確地實施補償，還能夠?qū)⑾冗M的智能控制技術(shù)引入到無功補償中，使其具有了高度的靈活性和實時性，更好地保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。通過工作實踐證明，科學(xué)選用無功補償裝置，能夠起到降低電能損耗、保證供電質(zhì)量的目的，對于滿足各個行業(yè)的用電需求起到了很好的保障作用。

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