1　引言 　　無功功率補償裝置的主要作用是：提高負載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備的功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電中，提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力，平衡三相負載的有功和無功功率等。 2　無功功率補償技術(shù)的現(xiàn)狀 　　目前，國內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補償技術(shù)主要是集中補償與就地補償技術(shù)。就地補償技術(shù)主要適用于負荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動機補償(如風機、水泵等)，其它各種場合仍主要采用集中補償技術(shù)。下面是幾種常用的補償裝置。 　2.1　同步調(diào)相機 　　早期的無功功率補償裝置主要為同步調(diào)相機，多為高壓側(cè)集中補償。同步調(diào)相機目前在現(xiàn)場仍有少量使用。 　2.2　靜止補償裝置 　　靜止補償器的基本作用是連續(xù)而迅速地控制無功功率，即以快速的響應，通過發(fā)出或吸收無功功率來控制它所連接的輸電系統(tǒng)的節(jié)點電壓。 　　靜止補償器由于其價格較低、維護簡單、工作可靠，在國內(nèi)仍是主流補償裝置。靜止補償器(SVC)先后出現(xiàn)過不少類型，目前來看，有發(fā)展前途的主要有直流助磁飽和電抗器型、可控硅控制電抗器型和自飽和電抗器型3種。上述第二種又可分為：固定連接電容器加可控硅控制的電抗器(fixed capacitor＆thyristor controlled reactor，F(xiàn)C－TCR)；可控硅開關(guān)操作的電容器加可控硅控制的電抗器(thyristor switched capacitor＆thyristor controlled reactor，TSC－TCR)。 　　實際上，由斷路器(電磁型交流接觸器)操作的電容器和電抗器在電網(wǎng)中正在大量使用，可以說這種補償技術(shù)是靜態(tài)的，因為它不能及時響應無功功率的波動。這種裝置以電磁型交流接觸器為投切開關(guān)，由于受電容器承受涌流能力、放電時間及電容器分級以及接觸器操作頻率、使用壽命等因素制約，因而無法避免以下不足： 　(1)補償是有級的、定時的，因而補償精度差，跟隨性不強，不能適應負荷變化快的場合；受交流接觸器操作頻率及壽命的限制，靜態(tài)補償裝置一般均設(shè)有投切延時功能，其延時時間一般為30s。對一般穩(wěn)定負荷，即負荷變化周期大于30s的負荷，這類補償裝置是有效的，但對一些變化較快的負荷，如電梯、起重、電焊等，這類補償裝置就無法進行跟蹤補償。 　(2)不能做到無涌流投入電容器，對于接觸器加電抗器方案，增加損耗較大，對于容性接觸器方案，事故率較大，對金屬化電容器的使用壽命影響很大；目前，低壓電力電容器以金屬化自愈式電容器為主，這種電容器的引線噴金屬端面對涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次數(shù)是影響電容器使用壽命的主要因素。 　(3)運行噪聲較大。 　(4)由于控制部分的負載是接觸器的線圈，在投切過程中，造成火花干擾，影響補償裝置的可靠性和使用壽命。 　　針對上述問題，基于智能控制策略的TSC補償裝置正在引起關(guān)注。TSC的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。事實上，如果能夠進行動態(tài)無功功率補償則能夠克服以上不足。 圖1　TSC的基本結(jié)構(gòu) 　　將微處理器用于TSC，可以完成復雜的檢測和控制任務，從而使動態(tài)補償無功功率成為可能。基于智能控制策略的TSC補償裝置的核心部件是控制器，由它完成無功功率(功率因數(shù))的測量及分析，進而控制無觸點開關(guān)的投切，同時還可完成過壓、欠壓、功率因數(shù)等參數(shù)的存貯和顯示。因此，與斷路器操作的電容器裝置相比，盡管單臺無觸點開關(guān)的造價比交流接觸器高，但該裝置仍然有以下幾個特點： 　　①無涌流，允許頻繁操作； 　?、诟欗憫獣r間快，動態(tài)跟蹤時間0.02～2s(可調(diào))； 　?、鄄捎镁幋a循環(huán)式投切電容器，可均勻使用電容器，從而延長整個裝置的使用壽命； 　?、芫哂懈鞣N保護功能，如過壓保護、缺相保護及諧波分量超限保護等。 　2.3　靜止無功發(fā)生器 　　靜止無功發(fā)生器(static var generator，SVG)又稱靜止同步補償器(STATCOM)，是采用GTO構(gòu)成的自換相變流器，通過電壓電源逆變技術(shù)提供超前和滯后的無功，進行無功補償。與SVC相比，其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量小，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力強。 　SVG的等效電路如圖2所示。其中，變壓器與補償器可看作逆變器電路。從電力系統(tǒng)一側(cè)來觀察，我們可以把逆變器電路看成是一個產(chǎn)生基波和諧波電壓的交流電壓源，控制補償器基波電壓大小與相位來改變基波無功電流的大小與相位。當逆變器基波電壓比交流電源電壓高時，逆變器就會產(chǎn)生一個超前(容性)無功電流。反之，當逆變器基波電壓比交流電源電壓低時，則會產(chǎn)生一個滯后(感性)無功電流，因此能與系統(tǒng)進行有功、無功之間的交換。若控制方法得當，SVG在補償無功功率的同時還可以對諧波電流進行補償。在穩(wěn)態(tài)情況下，SVG的直流側(cè)和交流側(cè)之間沒有有功功率交換，無功功率在三相之間流動，因此直流只需要較小容量的電容即可。此外，SVG裝置用銅和鐵較少，且有優(yōu)良的補償特性，因此是新一代無功補償裝置的代表，有很大的發(fā)展前途。 圖2　SVG等效電路 　　我國首臺20MvarSVG于1999年3月并入河南電網(wǎng)試運行。 3　無功功率補償技術(shù)的發(fā)展趨勢 　3.1　電力有源濾波器 　電力有源濾波器(active power filter，APF)的基本原理如圖3所示。 圖3　電力有源濾波器的基本原理 　　電力有源濾波器的交流電路分為電壓型和電流型。目前實用的裝置90％以上為電壓型。從與補償對象的連接方式來看，電力有源濾波器可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型中有單獨使用、LC濾波器混合使用及注入電路方式，目前并聯(lián)型占實用裝置的大多數(shù)。 　　目前電力有源濾波器仍存在一些問題，如電流中有高次諧波，單臺容量低，成本較高等。隨著電力半導體器件向大容量、高頻化方向發(fā)展，這類既能補償諧波又能補償無功的裝置必然有很好的發(fā)展前景。 　3.2　綜合潮流控制器 　　綜合潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)將一個由晶閘管換流器產(chǎn)生的交流電壓串入并疊加在輸電線相電壓上，使其幅值和相角皆可連續(xù)變化，從而實現(xiàn)線路有功和無功功率的準確調(diào)節(jié)，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。美國西屋電氣公司研制出一種簡化的UPFC稱為串聯(lián)潮流控制器(serial power flow controller，SPFC)，其基本結(jié)構(gòu)和SVG類似，區(qū)別是其輸出變壓器串聯(lián)接入輸電線。SPFC造價明顯低于UPFC，功能可與之相比且優(yōu)于SVG。中國電力科學研究院、東南大學、清華大學等單位也進行了理論研究和仿真實驗，研究結(jié)果表明：UPFC具有良好的效果和功能。 　4　結(jié)束語 　　由于性價比較高，目前我國廣泛使用的還是靜止補償器(SVC)。其中，能夠進行無功功率動態(tài)補償?shù)幕谥悄芸刂撇呗缘腡SC仍然需要大力推廣。實際上，國內(nèi)外對SVC的研究仍在繼續(xù)，研究的重點集中在控制策略上，試圖借助于人工智能提高SVC的性能。隨著大功率電力電子器件技術(shù)的高速發(fā)展，未來的功率器件容量將逐步提高，應用有源濾波器進行諧波抑制，以及應用柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)進行無功功率補償，必將成為今后電力自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。