摘要：無功補償就是通過并聯的方式將帶有容性以及感性兩種功率負荷的裝置安裝在同一線路上。文章以無功補償的原理為切入點，并闡述無功補償在變電站中的重要性，最后通過無功補償的發展概述，對主要的無功補償裝置作了簡要的介紹，說明無功補償在變電站中的作用對比效果。

　　關鍵詞：中級電氣工程師論文,電力變電站,變電設計,無功補償,感性負荷功率,容性負荷功率

　　1 無功補償的原理和重要性

　　無功補償就是通過并聯的方式將帶有容性以及感性兩種功率負荷的裝置安裝在同一線路上，如此，兩種負荷裝置就能當作一種能量的轉換器，實現兩者的能量的相互轉換，其輸出的無功功率也能實現互相補償的作用。運用到變電設計中就是將原本是電網或變壓器輸出的無功功率，變成交流電力容器來輸出。

　　不管是民用亦或工業負荷，其多數是感性負荷功率，并且基本全部的電感負載都要利用大量的無功功率進行補償，而提供無功功率的主要有兩種方式，即補償電容器和輸電系統。如果是輸電系統提供，那么輸電系統設計的時候就要同時考慮有功和無功功率。但是，通過輸電系統進行無功功率傳輸，變壓器以及輸電線路在損耗方面會有顯著的提升，從而降低系統的經濟效益。如果是補償電容器提供，就可以不用輸電系統進行傳輸，也就會減少損耗。無功傳輸不是說功率傳輸是沒有用的，反而具有很大的用處。在電動機中產生旋轉磁場并對其進行維持，進而通過轉子的轉動讓機械也產生運動，而電動機中轉子磁場的建立就是通過電源獲取的無功功率。

　　變壓器一次線圈的磁場同樣也是通過無功功率而產生的，這樣二次線圈才會感應到電壓。故而，電動機如果缺少無功功率就無法轉動，變壓器也無法變壓，交流接觸器也就無法吸合。就正常情況而言，電源會將無功功率和有功功率都提供給用電設備。一旦電力系統中無功功率供應不足，用電設備就無法有充足的無功功率構建正常的電磁場，也就無法保持在額定情況之下運行，電壓就會降低，最后也會導致用電設備無法正常運行。

　　2 電力變電設計中的無功補償技術

　　2.1 調相機

　　最早將無功補償應用到設備的就是同步調相機，其作用原理和空載運作的同步電動機類似，即通過勵磁運行的作用讓系統接收到無功功率，從而讓無功電源發揮作用;當欠勵磁運行的時候，系統又將感性功率傳輸給它，發揮無功負荷的效果。在這種裝置中會針對勵磁的運行安裝自動調節裝置，這樣同步調相機就可以根據該裝置產生的電壓對輸出或者吸收的無功功率作出改變，從而通過對電壓的調節來保障系統的穩定性。不過，同步調相機屬于旋轉機械，有功損耗太大，大概是容量的1.6%～5.4%。而且如果同步調相機采用小容量的話，那么其單位容量的成本要遠遠高于大容量的。目前，這種無功補償的裝置還是在生產中使用，且在控制技術不斷進步的條件下，其控制性能得到了很好地改善。

　　2.2 電容器

　　電容器在無功補償的運用，其作用原理就是并聯在系統中，提高容性負載，然后再向系統吸收和輸出容性功率，達到線路以及感性負荷對感性無功功率的要求，從而實現無功補償的效果。通過電容器來無功補償，不僅只需要較少的一次性投資與運行費用，而且安裝調試方便、損耗低、效率高，不僅能夠集中使用，也能分散裝設。現階段，我國電力系統中通過并聯電容器實現了大概90%的無功補償容量。然而，這種裝置提供的無功功率和相關的節點電壓數值的平方是正比關系，也就是說如果節點電壓降低，要提高無功功率的時候，其提供系統的無功功率卻會減少。這就意味著，就補償效果而言，

　　系統電壓改變的時候，這種裝置的補償效果并不理想。

　　2.3 電抗器

　　在無功補償裝置中，并聯電抗器屬于重要的組成部分，其最大的作用就是可以通過增加感性無功功率能平衡電力系統多余的容性無功功率，針對電力系統輸送功率小、輕負荷有著優良的效果。因此，無論是電力系統的早期還是后期都非常重要。當電力系統出現上述兩種情況的時候，輸電線路的感性無功功率會降低，但是導線中的電容性是為了讓輸電線路生產的容性充電功率要超過感性無功功率，為了保證系統電壓水平的平衡，就需要保持系統無功平衡，要不然就會導致電力系統的電壓增大，其運行的安全性也會受到威脅。

　　2.4 無功補償器(SVC)

　　無功補償器，也就是靜止無功補償器，屬于第二代無功補償裝置，其應用的地方有輸電系統的波阻補償以及負載無功補償。其實際代表有固定電容器+晶閘管控制電抗器(FC+TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TCR)。

　　TCR結構(見圖1)的無功補償器其無功補償的原理是利用控制晶閘管觸發角，將接入系統的等效電納進行改變，從而使系統中無功功率的輸出得到調節。但是這種裝置存在一個問題：因為晶閘管具有班控的特性，如果被觸發導通，那么只有等其流經的電流低于維持電流之后才會關斷，所以，每半個電源周期的時間之內，反并聯晶閘管對僅可以受控導通一次，這就意味著，TCR理論上難免會出現控制滯后，這對補償系統的動態響應性能有著一定的影響。

　　2.5 靜止無功發生器(SVG)

　　在電力技術不斷進步的條件下，電力系統開始使用靜止無功補償裝置，這種裝置使用的線路是自變換變流，其實質就是靜止無功發生器(SVG)，也被稱作靜止同步補償器，屬于第三代無功補償裝置。

　　SVG的等效電路見圖2。因為SVG使用的是全控制器件，可以隨便控制其交流上電壓的相位，即使交流上電壓的幅值會因為直流上電壓幅值影響，但是還是可以在限定的范圍進行控制。因此，能利用控制交流上電壓幅值以及相位進而對其進行改變，也就是說，能完成交流上電流相位超過或落后電網電壓相位90o，進而實現輸出和吸收無功功率的效果。假如忽視無功發生器產生的損耗，那與系統就不存在有功交換，只有無功交換，直流上電容電壓也會維持不變。只有當SCG啟動的時候，吸收足夠的有功功率，然后對電容進行充電，才會建立直流電壓。在正常運行過程中，因為存在損耗，電網電壓和電流矢量無法垂直，就要向電網吸收有功功率來補償SVG的損耗。因為高壓全控型器件的售價偏高，所以當SVG應用到低壓系統的時候，可以直接利用交流電抗器與電網進行連接，當應用到高壓系統的時候，利用串聯變壓器連接到電網上。

　　3 各種無功補償技術的比較

　　并聯電容器與并聯電抗器適用場所是負載變化較慢且對補償性能要求不高。電容器無功補償技術的缺點是補償精度差，無法實現無涌流投進電容器，對電容器的使用壽命有一定的影響，還會使系統中增加諧波電流。而電抗器可以利用可控技術，對回路電流的勵磁進行控制，進而使鐵心的飽和度得以改變，實現無功輸出的平滑調節。

　　SVC和SVG都屬于動態的無功補償裝置，兩者都具有較好的補償跟隨性，在一個正弦波周期之內就可以產生響應，且還可以實現補償容性無功。但是SVC的容量與電抗器的容量有著直接關系，因此相同容量的情況，與SVG相比，SVC要求更大的電抗器。此外，因為SVG的拓撲結構利用了PWM控制技術，并擁有6對開關管，可以利用數字信號處理器對其進行控制，具有較快的運算速度和較強的處理能力，在跟隨性上要強于SVC，動態和靜態性能上也有著良好的表現。不過，因為SVG中使用了大量的全控型開關管，在性價比上要差于SVC。

　　4 結語

　　隨著技術的改革，同步調相機正逐步退出無功補償裝置領域。并聯電容器具有較高的無功補償容量，因此，現階段國內外還是將其作為主要的無功補償方式，而并聯電抗器大多用在輸電系統中。SVC具有較強的穩定性，對電網的穩定性有著重要的作用，SVG因響應速度快和運算能力強，成為了無功補償技術研究的新方向，其今后發展的重點是性價比的提高。

　　參考文獻

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　　[2] 楊孝志.幾種無功補償技術的分析和比較[J].安徽電力，2006，(2).