无功补偿技术的现状及其发展趋势

无功功率补偿是保持电网高质量运行一种主要手段，也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临一个重大课题，正受到越来越多关注。

电网中无功不平衡主要有两方面原因：是输送部门传送三相电质量不高，是用户电气性能不够好。这两方面原因综合起来导致了无功大量存。电力系统中，电压和频率是衡量电能质量两个最重要指标。为确保电力系统正常运行，供电电压和频率必须稳定一定范围内。频率控制与有功功率控制密切相关，而电压控制重要方法之一就是对电力系统无功功率进行控制。静止无功补偿历史

将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率传统方法，国内外获了广泛应用。并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定，故不能跟踪负荷无功需求变化，即不能实现对无功功率动态补偿。电力系统发展，要求对无功功率进行动态补偿，产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率同步电动机，过励磁或欠励磁情况下，能够分别发出不同大小容性或感性无功功率。它是旋转电动机，运行中损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿要求。

20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐补静止无功补偿装置所取代。早期静止无功补偿装置是饱和电抗器型。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点，但其铁心需磁化到饱和状态，损耗和噪声很大，存非线性电路一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷不平衡，未能占据主流。

电力电子技术发展及其电力系统中应用，将晶闸管静止无功补偿装置推上了无功补偿舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置主导位，静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。现就农网改造中应用最广泛TSC技术性能做一下介绍。晶闸管投切电容器（TSC）控制方式

控制物理量不同可分为功率因数控制、无功功率控制和多参量综合控制。功率因数控制是指预先设定整定功率因数cosφ，由检测到电网实际功率因数控制所需补偿电容容量。电容器组投入后，当cosφmin＜cosφ0＜cosφmax，且电压不超过允许值时，能运行于稳定区。无功功率控制是指测电压、电流和功率因数等参数，计算出应该投入电容容量，然后电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿组合方式，电容器投切一次到位。计算值小于最小一组电容器容量（下限值），则应保持补偿状态不变。当所需容量大于或等于下限值时，才执行要相应投切。从控制策略来看，采用功率因数控制直接明了，但轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿；而采用无功功率控制，检测和控制目标都是同一物理量，技术上合理，但检测难度稍大。但仅某一物理量进行控制都有其不足，现阶段广泛采用多参量综合控制，即以功率因数控制为基础，以无功功率控制避免投切振荡，电网电压上限值和负载电流下限值作为控制电容器组投切约束条件，实现电容器组智能综合控制。高效率微处理芯片使用为实现多变量综合控制提供了可能性。比较合理补偿应做到最大限度利用补偿设备提高电网功率因数、不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。投切方式

20世纪70年代补偿柜都是采用机械式交流接触器，至今仍有沿用。但接触器三相触头不能分别进行控制，要通则几乎一起接通，要断则几乎一起断开，无法选择最合适相位角投入和切除电容，这样会产生不同冲击电流。冲击电流大，限制了一次投入电容值，不不把一次投入电容值化整为零，分几次投入，这将降低补偿准确性和减慢响应速度，常会引起接触器触头烧焊现象，使接触器断不开，影响正常工作，实际使用时不不对触头经常进行维护和更换，这影响了整个装置工作可靠性和工作寿命，也降低了工作准确性和动作响应速度。

现普遍采用单片机控制大功率晶闸管来投切电容，具有过零检测、过零触发优点，响应速度快，合闸涌流小，无操作过电压，无电弧重燃，基本上解决了投切时交流接触器经常拉弧至于烧结而损坏不良情况。开关器件可选择晶闸管和二极管反并联，也可选择两个晶闸管反并联方式。采用晶闸管与二极管反并联方式，电容器电源峰值时投入，晶闸管电流过零时自动切断，电容器投或切，都不会产生冲击电流和过电压，控制简便，电容器无需放电即可重新投入，实现电容器频繁投切，但晶闸管承受最大反向电压为电源电压峰值两倍。而采取两个晶闸管反并联方式，晶闸管关断时，电容器残压能迅速放掉，那晶闸管所承受最大反向电压为电源电压峰值。两种方式相比，晶闸管反并联方式可靠性更高，损坏一个晶闸管，会导致电容器误投入，响应速度也比晶闸管和二极管反并联方式快，但投资较大，控制更复杂。补偿策略

目前可分为三相共补和三相分补两种。三相共补是三相总无功需求来投切电容器组，电容器接法为三角形。三相分补则是每相各自无功需求投切电容器组，电容器接法为星形。三相共补广泛采用两组晶闸管作为控制器件。提高运行可靠性，防止电容器和晶闸管损坏，晶闸管投入时必须要有过零检测，即当晶闸管两端电压等于零时晶闸管才导通。实际上电压绝对过零很难做到，会存电流暂态过程，但线路电参数配合合理，这个过程持续时间不长，并很快过渡到稳定状态。值注意是，当晶闸管切除后，晶闸管和电容器均存着很高残压，这对晶闸管和电容器耐压也提出了更高要求。器件选择不当或保护不够，常常会造成晶闸管和电容器烧毁。三相共补适用于三相负载较平衡场合，三相分补三相负载不平衡场合则能做到真正三相无功平衡。把三相共补和三相分补相结合，便实现补偿综合方案—混补，可以用于任何负载。先三角形接法电容器组中选择三相共同需要补偿容量，进行共补，然后星形接法电容器组合中选择单相电容器补偿剩余不平衡状况，既避免了过补或欠补现象出现，又节省了补偿电容容量，降低了成本，具有很好经济性。发展趋势电力电子技术日新月异以及各门学科交叉影响，静止无功补偿发展趋势主要有以下几点：（1）城网改造中，运行单位往往需要配电变压器低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪一体化问题。（2）快速准确检测系统无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣情况（如大冲击负荷或负荷波动较频繁场合）。计算机数字控制技术和智能控制理论发展，可以无功补偿中引入一些先进控制方法，如模糊控制等。（3）目前无功补偿技术还主要用于低压系统。高压系统受到晶闸管耐压水平限制，是变压器接入，如用于电气化铁道牵引变电所等。研制高压动态无功补偿装置则具有重要意义，关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制同步性等。（4）由单一无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波功能。电力电子技术发展和电力电子产品推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量有效手段。