无功功率补偿方法与应用综述

无功功率补偿方法与应用综述

一、无功功率的定义及无功补偿原则

　　接在电网中的许多用电设备都是根据电磁感应原理工作的。例如：通过磁场，变压器改变电压并将能量送出去，电动机转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内，上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，当用电企业cosφ越小，其视在功率也越大，而我们希望的是功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

　　无功补偿应尽量分层（按电压等级）和分区（按地区）补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输，在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。

　　二、无功补偿的基本原理

　　把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路中，当容性功率负荷释放能量时，感性功率负荷吸收能量；当感性功率负荷释放能量时，容性功率负荷吸收能量；两种负荷之间互相进行能量交换。由此，感性功率负荷所吸收的无功功率可由容性功率负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

　　三、无功功率补偿的方法

　　无功功率补偿的方法有很多种，主要是采用电力电容器或是采用具有容性负荷的装置进行补偿。

　　1.同步电动机补偿。这种方法是改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适用于在具有大功率拖动装置时采用；

　　2.调相机补偿。这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高，且运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户较少用。

　　3.异步电动机同步化补偿。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，一般都不采用。

　　4.加装并联电力电容器补偿。这种方法具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以无功就地平衡为原则。安装并联电容器补偿无功功率时，可采取个别补偿、分散补偿和集中补偿三种方式。

　　四、无功补偿装置

　　同步电机、静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。目前所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：

　　1.具有饱和电抗器的无功补偿装置

　　具有饱和电抗器的无功补偿装置分为两种，即自饱和电抗器和可控饱和电抗器无功补偿装置。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压，利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。可控饱和电抗器是通过改变控制绕组中的工作电流控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。具有饱和电抗器的静止无功补偿装置目前应用的较少，一般只用在超高压输电线路中。

　　2.静止无功补偿装置

　　静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止无功补偿器由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，可分为晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器两种补偿装置。

　　⑴晶闸管控制电抗器（TCR）

　　晶闸管控制电抗器由两个相互反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其三相多接成三角形。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。

　　⑵晶闸管投切电容器（TSC）

　　晶闸管投切电容器是为了解决电容器组频繁投切的问题而产生的。两个相互反向并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。TSC补偿装置用于三相电网中，一般负荷对称网络采用星形连接，负荷不对称网络采用三角形连接。TSC补偿装置可以很好的补偿系统所需的无功功率，如果级数分得足够细化，基本上可以实现无级调节。

　　3.新型静止无功发生器（ASVG）

　　静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。静止无功发生器响应速度快，谐波电流少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。由于ASVG在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有SVC无法比拟的优点，因此ASVG是今后静止无功补偿技术发展的方向。针对电力有源滤波器在滤除谐波的时候与电力系统不发生谐振的特点，今后的发展将是电力有源滤波与ASVG相结合以消除传统ASVG设备中并联无源滤波器的所产生的谐振问题。