無功補償技術的發展及應用
一、無功補償技術及產品效能
1.無功功率：
電源能量與感性負載線圈中磁場能量或容性負載電容中的電場能量之間進行著可逆的能量轉換而占有電網容量叫做無功。
2.諧波：
諧波是指電網中非基波（50HZ中國）的其他頻率的電流或電壓。
高次諧波，間諧波；諧波亦屬於無功類彆；諧波來源：非線性負載
3.功率因數
有功功率與視在功率之比
功率因數＝位移因數×畸變因數
位移因數：負載電流與電源電壓的相位差角（負載阻抗角）的餘弦。
畸變因數：基波有效值與總有效值之比
正弦條件：功率因數＝負載阻抗角的餘弦。純電阻時為1；
畸變條件：電源正弦，負載電流畸變時，即使純電阻負載，功率因數≠1。如：單相半波整流電路帶電阻負載
4.無功功率的負麵影響
電壓：感性無功使電壓下降，容性無功可使電壓升高
電流：產生無功電流分量，使視在電流增加
線損：電流有效值增加，導致線路和變壓器等損耗增大，變壓器利用率降低
5.諧波的危害
設備（如電容器、線路、變壓器等）過流；附加損耗；計量誤差；繼保誤動作；通訊乾擾；諧波量過大引起電網振蕩
6.諧波與無功補償的作用
降低視在電流，提高負載能力；降低線損，節能；改善不平衡；提高變壓器利用率；穩定網壓；改善供電質量；功率因數指標達標。
二、諧波治理與無功補償措施
1.諧波治理無功補償措施
1）LC濾波：單調諧、雙調諧
特點：簡單、造價低、容量大、兼有基波容性無功補償能力、易產生諧振、補償支路隻能濾單次諧波
2）有源電力濾波器APF：電力電子逆變技術
特點：複雜、成本高、容量小、無諧振危險、可同時補償各種諧波
2.無功補償措施
一般情況下，負載總是感性的，因而所需的補償電流為容性；
1）集中補償：一般在高壓進線位置加補償，補償容量大，點少，投資少，主要解決功率因數指標達標；對低壓網內的無功潮流和線損無改善作用。
2）就地補償：補償點靠近負荷，單機補償容量小，所需補償點多，投資多，可改善無功潮流，降低線損，節能、增容效果
3．無功補償裝置的分類
1）按補償裝置運動情況分：旋轉補償，靜止補償
具有動態無功補償性能的靜止無功補償裝置是當前無功補償的主流趨勢
4．諧波治理與無功補償裝置的分類
1）固定電容器補償——無功補償
優點：簡單，投資少；
缺點：無功補償電流不能隨負載變化而調整，
但隨電源電壓同向變化，易發生諧振
2）固定LC濾波器——諧波濾波
可濾除諧波諧振頻率，對基波呈容性，於靜態補償
3）接觸器投切電容補償
將電容器分為若乾組，用接觸器來選擇投切相應的電容器組，實現無功補償量的調節。
優點：可根據負載需要補償
缺點：電流衝擊，投切需要延時過程，噪聲抑製衝擊：串聯抗浪湧電抗
投切需約30S延時，靜態補償，屬淘汰產品。
4）新一代複合開關投切電容補償（SLFK）
用複合開關代替接觸器投切電容器組，實現無功補償量的調節。
目標：利用晶閘管控製電容投切，運行穩定。
優點：電流衝擊減小，不發熱，無耗能，無噪音，屬靜態補償。
5）晶閘管投切電容補償（TSC）
用晶閘管控製投切電容器組，實現無功補償量的調節。因為晶閘管投切速度快（US級），稱“動補”
優點：快速動態調節補償量，電流衝擊小，投切延時短，無噪聲
缺點：無諧波抑製能力，但造價比以上投切開關貴。屬動態補償。
6）晶閘管投切濾波器補償（TSF）
在TSC補償支路采用LC單調諧（需要按現場工況設計），成為TSF裝置，可快速調節無功補償量的大小，也為“動補”。
優點：快速動態調節補償量，適應諧波工況，電流衝擊小，投切延時短，無噪聲
缺點：造價比TSC高
屬動態補償，考慮諧波因素而專門設計，技術已成熟，正在被推廣應用
7）有源濾波補償裝置（SVG或APF）
原理：SVG實時檢測無功大小（APF檢測諧波），利用電力電子逆變技術產生一個與被補償對象大小相等而方向相反的電流，相互抵消，功率因數可接近1。
優點：動態響應更快，可適應諧波工況，補償量不受電源電壓影響，無諧振危害，無噪聲，占地麵積小
缺點：造價高，自身損耗大
屬動態補償，推廣應用尚有待時日
8）TCR型SVC裝置：TCR＋FC
原理：晶閘管可控電抗器與固定電容器（實際常為5，7，11，13等各次濾波器）配合，利用晶閘管的導通角控製電抗器的電抗量，實現無功的快速動態調節
優點：平滑無級差，動態響應快，可適應諧波工況
缺點：裝置本身產生諧波
一般應用10KV、35KV高壓係統動態補償，國內已開始推廣應用
三、現有濾波補償裝置
1、諧波補償
1）LC濾波裝置——以單調諧、雙調諧為主，高低壓係統均采用
2）有源濾波器——少量工程應用
2、無功補償
1）無功補償——以電容補償為主（TSC、TSF），少量SVG
2）無功補償——靜補為主，TCR逐步推廣，少量STATCOM
3、現有市場TSC裝置的技術方案
檢測方法：功率因數、無功功率、無功電流檢測
投切控製：循環、編碼、微機實時計算，（響應時間可達40MS內）
投切開關：複合開關（原則上不屬動補）、固態繼電器、雙矽反並聯、一矽一二極管
運行方式：三相共補，分相補償
補償插入：前饋，後饋
投運方式：過零投切，電容預充電
電流衝擊：可實現無暫態過程投切
容錯運行：故障支路退出，正常支路運行
保護方案：短路，過流，晶閘管故障，超溫，欠壓，過壓等
建議選擇裝置：
檢測方式：無功電流檢測
投切開關：雙矽並聯，或一矽一二極管
響應時間：應能達到40MS至100MS以內
衝擊電流：儘可能小
特彆注意：
在係統含有較多諧波的條件下，應特彆注意TSC裝置的抗諧波能力。TSC裝置補償支路的電容對諧波具有放大作用：在諧波含量較大時，應選擇TSF裝置；TSF裝置補償支路采用LC濾波器，具有一定的諧波吸收能力，但LC參數設計必須與現場諧波特征相適應。TSF裝置補償支路的投切需要按特殊要求控製，防止發生振蕩；設計時應注意諧波對TSF裝置對補償支路電容電壓和電感電流的影響；TSF裝置的濾波櫃一般需要專門設計
4、動態無功補償的發展趨勢
電容器補償方案的特點：
優點：簡單，可靠，便宜，自身損耗小
缺點：補償量受電源電壓影響，有諧振危險，容易引起諧波放大，占地大
靜止無功發生器SVG：
優點：補償性能優，不受電源電壓影響，無諧振危險，占地小，無諧波放大
缺點：造價高，自身損耗大，補償容量小，
SVG裝置是今後無功補償的發展趨勢
四、工程應用經驗及注意事項
1.無功補償工程應用中出現的技術問題：
電容器大量損壞；補償量衰減快；欠補和過補時常發生；設備投運引發振蕩；補償裝置投入運行有噪音；電氣著火等惡性事件發生；
2.工程注意事項：
集中補償和就地補償優化結合；充分了解補償對象的工況、電能品質、補償容量需求；根據補償對象，選擇合適的補償裝置；恰當的工程設計
3.補償方式及其布局：
根據係統負荷的分布情況，合理選擇集中補償或就地補償。
選擇原則：
對無功消耗量大的負荷采用就地補償，避免較大無功電流在線路流動產生較大損耗；有利於降低線損；
對於較分散的小用電負荷則選擇集中補償，具有較好的經濟性；
4.補償裝置的選擇
應根據係統的諧波含量情況，合理選擇TSC裝置或TSF裝置。
選擇原則：
對諧波含量不大的係統，選用TSC裝置可節約投資；
對諧波含量較大的係統，應考慮選擇TSF裝置，防止諧波放大和補償電容器過載損害；
5.補償裝置容量的設計
滿負荷時能完全補償，而空載時不發生過補償現象。
6.高壓無功補償裝置
對於高壓係統來說，根據高壓係統負荷特點，目前國內仍有靜態補償和動態補償兩種不同的方式選擇。
1）靜態補償方式：
針對負荷變化不頻繁或波動幅度不大的場合，可選用靜態補償，如：LC濾波器、真空接觸器（斷路器）投切電容（濾波器）等
注意防止過補償對網壓升高的影響。
2）動態補償方式：
針對負荷快速大幅度變化場合，應選用動態補償，如：TCR、STATCOM、低補高等方案；
TCR：國內已有多家公司生產，較多應用於電弧爐的補償；
TSC：國內尚不普及，國外有少量應用；
STATCOM：以輸電係統大型工程應用為主；
低補高：無技術障礙，成本因素。
