浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用

彭永镇

（广西恒润电力有限公司，广西 南宁 530000）

所谓无功功率补偿，就是在用户变电所或在用电设备等处装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和降低配电线路的成本节约电能，保证电网安全稳定和经济地运行。当前，随着电气自动化技术及其设备的单相电力牵引负荷变化复杂和非线性因素增强，需要对电气自动化中的无功补偿技术进行深入研究，以更好地解决国民生产中电力资源的浪费问题。

1 无功补偿的作用

（1）提高电网及负载的功率因数，降低输电线路立即用电设备所需容量，减少不必要的损耗。

（2）稳定电网电压，提高电网质量，而在长距离输电线路中安装合适的动态无功补偿装置，配置适当的调节器，可提高系统的稳定性及输电能力，提高了电力系统的抗干扰能力。

（3）在三相负载不平衡的场合，可对三相视在功率起到平衡作用。

（4）装设静止无功补偿器（SVS）还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题，对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

2 无功补偿技术的研究现状

无功功率是电力系统设计和良好运行的基本要素之一，其补偿或控制对于电力系统减少功率传输损失、增加有功功率传输能力以及维持供电电压，起着重要的作用。随着电气化程度的加深和一些先进技术的采用，国内外在无功补偿技术方面进行了一些研究。

自20世纪80年代以来，静止同步补偿器（STATCOM）出现了，也有人称之为静止无功发生器（SVG），其与传统无功补偿装置相比，STATCOM 大大减小了体积，节省了材料，并具有响应速度快、调节性能好、能综合补偿无功和谐波含量少的特点，逐步成为无功补偿装置重要的一员。

国内在借鉴和结合国外先进技术的基础上，我国的电气自动化铁道变电所对于无功补偿技术和谐波综合治理方法进行了多种深入研究，其中大部分都是力求在基波下补偿牵引负荷的感性无功功率，对于提高电气的功率因数、降低负荷以及构成有效的滤波通路、滤除、抵消指定谐波有着重要作用。

3 无功补偿技术的实现途径及其特点

3.1 真空断路器投切电容器

真空断路器具有体积小、灭弧性能好、寿命长、维护量小、使用安全等优点，在中压系统及配电电网中应用日益广泛。特别是由于其适合频繁操作的特点。其缺点是合闸时，在断路器断口会出现很高的过电压，致使设备损坏，加之开关寿命的限制，不能频繁投切，从而影响动态补偿效果。

3.2 有源滤波器（APF）

有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其既可补偿非线性负荷产生的高次谐波，又能自动使用电网阻抗和频率的快速变化。这种方案可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振；缺点是造价太高，受硬件限制，在大容量场合无法使用。

3.3 LC无源滤波器

无源滤波器，又称 LC滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，具有补偿和滤波功能。其原理分析如下，补偿器的阻抗为：

3.4 并联混合型有源滤波器

并联混合型有源滤波器由 LC滤波器和有源滤波器组成。该技术是只由无源部分补偿无功功率，有源部分和无源部分共同抑制谐波，使其兼具较大容量的无功补偿和谐波抑制能力以及较小的逆变器容量的特点，同时实现对电网谐波先由无源滤波器进行“初滤”，再由有源滤波器进行“精滤”的谐波治理思路。特点是它充分利用无源补偿的大容量；有源补偿的灵活性、可控性两个优点。目前，该技术仍处于研究阶段。

另外，动态无功补偿的装置还有：固定滤波器＋晶闸管调节电抗器（TCR）、固定滤波器＋晶闸管调节变压器、固定滤波器＋可控饱和电抗器、固定滤波器（FC）＋电容器（TC）＋电抗器（TL）的调压等。

4 无功补偿技术存在的问题

（1）大量无功潮流从发电厂涌向高压变电站，再通过输电线路输送至中低压变电站，造成大量无功潮流远距离穿越、传输。

（2）电容器具有一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏，并且由于电容器对谐波有放大作用，因而使系统的谐波干扰更严重。

（3）存在无功向配电网倒送现象，无功倒送将会增加电网损耗，造成电压偏高，加重配电线路负担，尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，可能在负荷低谷时造成无功倒送。

（4）无功补偿容量配置不合理，大多变电站补偿电容为整组投切，不能根据负荷变化需要做到就地平衡，高负荷时功率因数太低，低负荷时又出现过补偿。

5 无功补偿技术的发展趋势

5.1 无涌流电容投切器

无涌流电容投切器是一种采用智能控制策略的无功补偿装置。该装置的特点有：①无涌流，允许频繁操作；②跟踪响应时间快，动态跟踪时间0.02～0.2 s；③采用编码循环方式投切电容器，可均匀使用电容器，从而延长整个装置的使用寿命；④具有过压保护、缺相保护及谐波分量超限保护等多种保护功能；⑤只在投切动作瞬间耗电，平时不耗电，降低了成本，真正达到了节能、降耗的目的等，这些优点，正成为了低压供电系统无功功率补偿领域的重要途径之一。

5.2 静止无功发生器（SVG）

静止无功发生器将功率开关构成的三相桥式变流电直接或通过电抗器并联到电网上，通过电压源逆变技术提供超前或滞后的无功功率，进行无功补偿。由于SVG具有直流电容量较小、成本较低、能调节电网电压、在电压很低的情况下仍能输出额定无功电流等优点，由此可显示SVG是未来静止无功补偿技术发展的主要方向。

5.3 电力有源滤波器（APF）

电力有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。目前，电力有源滤波器的研究仍存在着电流中有高次谐波、单台容量低、成本较高等问题。随着电力半导体器件向大容量、高频化方向发展，这类既能补偿谐波又能补偿无功的装置必然有很好的前景。

5.4 综合潮流控制器（UPFC）

综合潮流控制器将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角皆可连续变化，从而实现线路有功和无功功率的准确调节，并可提高输送能力以及防止系统振荡。UPFC技术是目前电力系统输配电技术的最新发展方向，对电网规划建设和运行将带来重要的影响。

6 结束语

实践证明，无功补偿技术的应用降低了网损，高效节能，提高了电气设备效率，在不改变变压器原设计的基础上增加了变压器的带载容量。当前，随着电力电子技术和控制技术的发展，将有更多的具有无级调节能力的无功补偿装置被设计并投入生产使用，以期能快速、有效地补偿系统无功，从而提高牵引供电系统电能质量和运行的经济效益。

1 李智东.电力系统无功功率补偿技术的几点思考［J］.今日科苑，2009（20）