電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

摘要：在現(xiàn)代電力電子技術(shù)快速發(fā)展的背景下，受到非線性負(fù)載因素的沖擊性影響，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)所對應(yīng)的務(wù)工損耗增大，降低了電網(wǎng)中電能的利用。由此可見，對電力系統(tǒng)進行無功補償有著非常深刻的現(xiàn)實意義。文章即從這一角度入手，在對無功補償主要價值進行分析的基礎(chǔ)上，對無功補償技術(shù)的應(yīng)用方法和發(fā)展方向進行了研究。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無功補償技術(shù)；電力電子技術(shù)；非線性負(fù)載；負(fù)載元件；網(wǎng)絡(luò)元件 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM73 文章編號：1009-2374（2015）16-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.067

在電力系統(tǒng)的運行過程當(dāng)中，絕大部分的負(fù)載元件以及網(wǎng)絡(luò)元件都需要消耗一定的無功功率。若無功功率在供給方面出現(xiàn)一定的問題，則可能會導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)的流經(jīng)電流明顯增大，也可能對相關(guān)供電設(shè)備的視在功率水平造成一定的影響。除此以外，無功功率供給不足還會對電力系統(tǒng)終端用戶的啟動、控制設(shè)備運行造成影響，增加設(shè)備損耗以及線路損耗，提高變壓器乃至系統(tǒng)線路降壓水平，造成電網(wǎng)電壓的劇烈波動。因此，從確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的角度上來說，做好對無功功率的補償工作有著非常重要的意義與價值。本文即圍繞電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)的應(yīng)用展開分析，同時對其發(fā)展趨勢與方向進行簡要介紹，具體分析如下：

1 無功補償?shù)膬r值分析

在電力系統(tǒng)的運行過程中，受到非線性負(fù)載的沖擊影響，會導(dǎo)致無功功率的供給出現(xiàn)一定的問題，此時需要通過無功補償?shù)姆绞絹韽浹a其不足，達到維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。具體而言，在電力系統(tǒng)中進行無功補償?shù)膬r值有以下三方面：

第一，電力系統(tǒng)無功補償能夠提高整個供電系統(tǒng)以及負(fù)載的功率因數(shù)，從而降低設(shè)備容量，減少因線路運行而產(chǎn)生的功率損耗。

第二，電力系統(tǒng)無功補償能夠使受壓端以及整個電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓水平傾向于穩(wěn)定狀態(tài)，促進供電質(zhì)量的合理提升。特別是在遠距離的輸電線路中，視情況增設(shè)動態(tài)無功補償裝置對于穩(wěn)定系統(tǒng)運行，提高輸電效能意義顯著。

第三，電力系統(tǒng)無功補償具有較好的適應(yīng)性，特別是在三相負(fù)載不對稱的環(huán)境下，引入無功補償技術(shù)能夠促進三相負(fù)載傾向于平衡狀態(tài)。

2 無功補償技術(shù)的應(yīng)用

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，電力系統(tǒng)無功補償所采取的方法類型眾多，主要包括同步發(fā)電機、同步電動機、并聯(lián)電容器、靜止無功補償裝置以及靜止無功發(fā)生器等。其中同步發(fā)電機、同步電動機已經(jīng)逐步被電容器以及新型靜止無功發(fā)生器所取代，而新型靜止無功發(fā)生器以其獨特的應(yīng)用優(yōu)勢與發(fā)展速度在無功補償領(lǐng)域中受到了越來越廣泛的重視。

在以上多種無功補償技術(shù)當(dāng)中，以同步發(fā)電機模式為最早應(yīng)用的補償設(shè)備之一，這種補償方式的運行效率低下，已逐步被淘汰。在此之后，并聯(lián)電容器在無功補償中得到了應(yīng)用，它是通過降低電壓相量與電流相量相位差的方式，提高回路功率因數(shù)，但由于存在諧波干擾的問題，同樣較少使用。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，靜止無功補償裝置得到了整個行業(yè)的關(guān)注與重視。1967年，英國首先制成了第一批自飽和電抗器下的靜止無功補償裝置，被嘗試應(yīng)用于115kV電網(wǎng)系統(tǒng)中，取得了滿意的無功補償效果。當(dāng)前，靜止無功補償裝置的具體結(jié)構(gòu)有兩種類型：第一是基于半導(dǎo)體控制投切電容的靜止無功補償裝置。這種無功補償裝置的主回路上有多臺電容器保持并聯(lián)關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)所需的無功電流大小來決定補償電流的水平以及電容的投入數(shù)量；第二是基于可抗電抗器的靜止無功補償裝置，它的主回路上通過控制雙向晶閘管導(dǎo)通角的方式發(fā)揮對電抗器電流的控制目的。

當(dāng)然，在具體工作中，以上兩種結(jié)構(gòu)的靜止無功補償裝置可以混合使用，一方面解決因單獨使用半導(dǎo)體控制投切電容可能出現(xiàn)的電流無法持續(xù)補償問題，另一方面可以解決因單獨使用可抗電抗器可能出現(xiàn)的大容量補償體積過大問題。

在靜止無功補償裝置的基礎(chǔ)之上，新型靜止無功發(fā)生器的應(yīng)用同樣得到了各方人員的關(guān)注與重視。這種無功補償裝置的主要通過電抗器或采取直接的方式將自換相橋式電路與電網(wǎng)并聯(lián)，對交流側(cè)輸出電壓相位以及電壓幅值進行調(diào)整的方式，讓電路實現(xiàn)吸收或發(fā)出所需無功電流的目的。相對于靜止無功補償裝置而言，這種無功發(fā)生器的優(yōu)勢在于調(diào)節(jié)速度快、運行范圍廣、諧波干擾小。

3 無功補償技術(shù)的發(fā)展

根據(jù)以上分析來看，無功補償技術(shù)在近年來取得了非常顯著的發(fā)展成效，在無功補償效能方面也有一定的完善。然而在當(dāng)前的無功補償技術(shù)方案中，還存在一定的不足，未來在無功補償技術(shù)上還需要向著以下三個方向做進一步的發(fā)展：

第一，合理應(yīng)用新型信息檢測技術(shù)以及信號處理技術(shù)，當(dāng)前大量的理論與實踐研究已經(jīng)證實——廣義瞬時無功功率檢測方法即便是在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸變或不對稱問題的情況下，仍然能夠?qū)ㄕ蛩矔r無功電流以及不對稱（高次諧波）瞬時無功電流進行準(zhǔn)確的分離。在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)分離得到的不同類型的瞬時無功電流，在無功補償時有選擇性地進行部分補償或完全補償，整體運行效能好，未來需要進一步探索將這種信息檢測技術(shù)與無功補償裝置的融合方法。除此以外，考慮到電力系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)質(zhì)量整體水平較低以及數(shù)據(jù)量大等方面的特點，同時系統(tǒng)要求相關(guān)裝置能夠根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)快速、高效地做出反應(yīng)，因此，在無功補償裝置方面，還需要探索將其與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)以及粗糙集技術(shù)的融合方法，以提高無功補償裝置在處理龐大數(shù)據(jù)以及獲取重要信息方面的能力。

第二，促進控制理論、控制方法的發(fā)展。在現(xiàn)代計算機技術(shù)快速發(fā)展的背景之下，無功補償裝置中現(xiàn)代化的控制器、控制方法以及控制理論得到了非常深刻的體現(xiàn)。在無功補償裝置系統(tǒng)設(shè)置中，通過引入新型的數(shù)字化處理器，不但能夠使數(shù)據(jù)采集的工作效率得到提高，還對處理的精度、實時性有重要影響，通過對控制方法的完善達到提高無功補償裝置運行效能的目的。

第三，提高電力電子器件性能。在整個電力系統(tǒng)當(dāng)中，所使用電子器件的具體性能將對整個無功補償裝置的運行效率產(chǎn)生直接性的影響。因此，為了提高無功補償裝置的運行效能，可以嘗試從材料、技術(shù)、工藝等多個方面入手，提高基于半控制或全控制電力電子期間的性能。特別是在國內(nèi)當(dāng)前技術(shù)水平比較薄弱的全控型電子期間中苦下功夫，能夠為無功補償技術(shù)的應(yīng)用帶來非常深遠的影響。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)在多個行業(yè)與領(lǐng)域中都有著非常廣闊的應(yīng)用空間，無功補償?shù)膽?yīng)用范圍也在持續(xù)不斷地擴展。同時，隨著電力電子技術(shù)、控制理論以及計算機技術(shù)等研究工具的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，無功補償在整個電力系統(tǒng)中所處的地位也越來越關(guān)鍵。正是由于無功補償技術(shù)在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，在近年來，無功補償技術(shù)取得了長足的發(fā)展與進步，當(dāng)然未來還需要向著更好的方向發(fā)展，以促進其綜合運行水平的不斷提高。

參考文獻

[1] 林立群.分析無功補償技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用的價值[J].中國科技信息，2013，（8）.

[2] 饒萬里.無功補償技術(shù)在電氣自動化中的應(yīng)用探析[J].硅谷，2014，（20）.

[3] 王洪艷.低壓供電系統(tǒng)無功補償技術(shù)探析[J].電子世界，2014，（5）.

作者簡介：司靜（1980-），女，河北人，秦皇島港股份有限公司第六港務(wù)分公司工程師，研究方向：變電所供電、運行、管理，中壓設(shè)備，低壓設(shè)備，電能補償。

（責(zé)任編輯：蔣建華）