無功功率補償方法與應用綜述

無功功率補償方法與應用綜述

一、無功功率的定義及無功補償原則

　　接在電網中的許多用電設備都是根據電磁感應原理工作的。例如：通過磁場，變壓器改變電壓并將能量送出去，電動機轉動并帶動機械負荷。磁場所具有的磁場能是由電源供給的，電動機和變壓器在能量轉換過程中建立交變磁場，在一個周期內吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫做感性無功功率。電容器在交流電網中接通時，在一個周期內，上半周的充電功率和下半周的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫做容性無功功率。所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已，因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。電網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，當用電企業cosφ越小，其視在功率也越大，而我們希望的是功率因數越大越好，這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

　　無功補償應盡量分層（按電壓等級）和分區（按地區）補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸，在提高用電自然功率因數的基礎上，設計和裝置無功補償設備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。

　　二、無功補償的基本原理

　　把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯接在同一電路中，當容性功率負荷釋放能量時，感性功率負荷吸收能量；當感性功率負荷釋放能量時，容性功率負荷吸收能量；兩種負荷之間互相進行能量交換。由此，感性功率負荷所吸收的無功功率可由容性功率負荷輸出的無功功率中得到補償，這就是無功功率補償的基本原理。

　　三、無功功率補償的方法

　　無功功率補償的方法有很多種，主要是采用電力電容器或是采用具有容性負荷的裝置進行補償。

　　1.同步電動機補償。這種方法是改善用電的功率因數，但設備復雜，造價高，只適用于在具有大功率拖動裝置時采用；

　　2.調相機補償。這種裝置調整性能好，在電力系統故障情況下，也能維持系統電壓水平，可提高電力系統運行的穩定性，但造價高，投資大，損耗也較高，且運行維護技術較復雜，宜裝設在電力系統的中樞變電所，一般用戶較少用。

　　3.異步電動機同步化補償。這種方法有一定的效果，但自身損耗大，一般都不采用。

　　4.加裝并聯電力電容器補償。這種方法具有安裝方便、建設周期短、造價低、運行維護簡便、自身損耗小等優點，是當前國內外廣泛采用的補償方法。并聯補償是把電容器直接與被補償設備并接到同一電路上，以無功就地平衡為原則。安裝并聯電容器補償無功功率時，可采取個別補償、分散補償和集中補償三種方式。

　　四、無功補償裝置

　　同步電機、靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這四種裝置又稱為無功補償裝置。目前所指的靜止無功補償裝置一般專指使用晶閘管的無功補償設備，主要有以下三大類型：

　　1.具有飽和電抗器的無功補償裝置

　　具有飽和電抗器的無功補償裝置分為兩種，即自飽和電抗器和可控飽和電抗器無功補償裝置。具有自飽和電抗器的無功補償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩定電壓，利用鐵心的飽和特性來控制發出或吸收無功功率的大小。可控飽和電抗器是通過改變控制繞組中的工作電流控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。具有飽和電抗器的靜止無功補償裝置目前應用的較少，一般只用在超高壓輸電線路中。

　　2.靜止無功補償裝置

　　靜止補償器的基本作用是連續而迅速地控制無功功率，即以快速的響應，通過發出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統的節點電壓。靜止無功補償器由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，可分為晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器兩種補償裝置。

　　⑴晶閘管控制電抗器（TCR）

　　晶閘管控制電抗器由兩個相互反向并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，其三相多接成三角形。這種具有TCR型的補償器反應速度快，靈活性大，目前在輸電系統和工業企業中應用最為廣泛。

　　⑵晶閘管投切電容器（TSC）

　　晶閘管投切電容器是為了解決電容器組頻繁投切的問題而產生的。兩個相互反向并聯的晶閘管只是將電容器并入電網或從電網中斷開，串聯的小電抗器用于抑制電容器投入電網運行時可能產生的沖擊電流。TSC補償裝置用于三相電網中，一般負荷對稱網絡采用星形連接，負荷不對稱網絡采用三角形連接。TSC補償裝置可以很好的補償系統所需的無功功率，如果級數分得足夠細化，基本上可以實現無級調節。

　　3.新型靜止無功發生器（ASVG）

　　靜止無功發生器的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。靜止無功發生器響應速度快，諧波電流少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。由于ASVG在改善系統電壓質量，提高穩定性方面具有SVC無法比擬的優點，因此ASVG是今后靜止無功補償技術發展的方向。針對電力有源濾波器在濾除諧波的時候與電力系統不發生諧振的特點，今后的發展將是電力有源濾波與ASVG相結合以消除傳統ASVG設備中并聯無源濾波器的所產生的諧振問題。