靜止無功補償技術的現狀及發展

無功功率補償是保持電網高質量運行的一種主要手段，也是當今電氣自動化技術及電力係統研究領域所麵臨的一個重大課題，正在受到越來越多的關注。

電網中無功不平衡主要有兩方麵的原因：一方麵是輸送部門傳送的三相電的質量不高，一方麵是用戶的電氣性能不夠好。這兩方麵的原因綜合起來導致了無功的大量存在。在電力係統中，電壓和頻率是衡量電能質量的兩個*重要的指標。為確保電力係統的正常運行，供電電壓和頻率必須穩定在一定的範圍內。頻率的控製與有功功率的控製密切相關，而電壓控製的重要方法之一就是對電力係統的無功功率進行控製。

將電容器與網絡感性負荷並聯是補償無功功率的傳統方法，在國內外獲得了廣泛的應用。並聯電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優點，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負荷無功需求的變化，即不能實現對無功功率的動態補償。隨著電力係統的發展，要求對無功功率進行動態補償，從而產生了同步調相機。它是專門用來產生無功功率的同步電動機，在過勵磁或欠勵磁的情況下，能夠分彆發出不同大小的容性或感性無功功率。由於它是旋轉電動機，運行中的損耗和噪聲都比較大，運行維護複雜，響應速度慢，難以滿足快速動態補償的要求。

20世紀70年代以來，同步調相機開始逐漸補靜止無功補償裝置所取代。早期的靜止無功補償裝置是飽和電抗器型的。飽和電抗器比之同步調相機具有靜止、響應速度快等優點，但其鐵心需磁化到飽和狀態，因而損耗和噪聲還是很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調節以補償負荷的不平衡，所以未能占據主流。

電力電子技術的發展及其在電力係統中的應用，將晶閘管的靜止無功補償裝置推上了無功補償的舞台，並逐漸占據了靜止無功補償裝置的主導地位，於是靜止無功補償裝置（SVC）成了專門使用晶閘管的靜止無功補償裝置。靜止無功補償裝置主要包括晶閘管摧投切電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。現就在農網改造中應用*廣泛的TSC技術性能做一下介紹。

晶閘管投切電容器（TSC）

控製方式

根據控製物理量的不同可分為功率因數控製、無功功率控製和多參量綜合控製。功率因數控製是指根據預先設定的整定功率因數COSφ，由檢測到的電網實際功率因數控製所需的補償電容容量。電容器組投入後，隻有當COSφMIN<COSφ0<COSφMAX，且電壓不超過允許值時，能運行於穩定區。無功功率控製是指根據測得的電壓、電流和功率因數等參數，計算出應該投入的電容容量，然後在電容組合方式中選出一種*接近但又不會過補償的組合方式，電容器投切一次到位。如果計算值小於*小一組電容器的容量（下限值），則應保持補償狀態不變。隻有當所需容量大於或等於下限值時，才執行要相應的投切。從控製策略來看，采用功率因數控製直接明了，但輕載時容易產生投切震蕩，重載時又不易達到充分補償；而采用無功功率控製，由於檢測和控製目標都是同一物理量，技術上合理，但檢測難度稍大。但僅根據某一物理量進行控製都有其不足，現階段廣泛采用多參量綜合控製，即以功率因數控製為基礎，以無功功率控製避免投切振蕩，電網電壓上限值和負載電流下限值作為控製電容器組投切的約束條件，實現電容器組的智能綜合控製。高效率微處理芯片的使用為實現多變量綜合控製提供了可能性。比較合理的補償應做到*大限度地利用補償設備提高電網的功率因數、不發生過補償、無投切振蕩和無衝擊投切。

20世紀70年代的補償櫃都是采用機械式交流接觸器，至今仍有沿用。但由於接觸器三相觸頭不能分彆進行控製，要通則幾乎一起接通，要斷則幾乎一起斷開，無法選擇*合適相位角投入和切除電容，這樣會產生不同的衝擊電流。由於衝擊電流大，限製了一次投入的電容值，不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入，這將降低補償的準確性和減慢響應的速度，而且常會引起接觸器觸頭燒焊現象，使接觸器斷不開，影響正常工作，實際使用時不得不對觸頭經常進行維護和更換，這影響了整個裝置工作的可靠性和工作壽命，也降低了工作的準確性和動作響應速度。

現在普遍采用單片機控製大功率晶閘管來投切電容，由於具有過零檢測、過零觸發的優點，響應速度快，合閘湧流小，無操作過電壓，無電弧重燃，從而基本上解決了以往投切時交流接觸器經常拉弧至於燒結而損壞的**情況。開關器件可選擇晶閘管和二極管反並聯，也可選擇兩個晶閘管反並聯方式。采用晶閘管與二極管反並聯方式，隻要電容器在電源峰值時投入，晶閘管在電流過零時自動切斷，無論電容器的投或切，都不會產生衝擊電流和過電壓，控製簡便，電容器無需放電即可重新投入，從而實現電容器的頻繁投切，但晶閘管承受的*大反向電壓為電源電壓峰值的兩倍。而采取兩個晶閘管反並聯方式，在晶閘管關斷時，如果電容器殘壓能迅速放掉，那晶閘管所承受的*大反向電壓為電源電壓的峰值。兩種方式相比，晶閘管反並聯方式可靠性更高，即使損壞一個晶閘管，也不會導致電容器誤投入，響應速度也比晶閘管和二極管反並聯方式快，但投資較大，控製更複雜。

目前可分為三相共補和三相分補兩種。三相共補是根據三相總的無功需求來投切電容器組，電容器接法為三角形。三相分補則是根據每相各自的無功需求投切電容器組，電容器接法為星形。

三相共補廣泛采用兩組晶閘管作為控製器件。為了提高運行的可靠性，防止電容器和晶閘管損壞，晶閘管投入時必須要有過零檢測，即隻有當晶閘管兩端的電壓等於零時晶閘管才導通。實際上電壓**過零很難做到，會存在電流的暫態過程，但隻要線路電參數配合合理，這個過程持續時間不長，並很快過渡到穩定狀態。值得注意的是，當晶閘管切除後，晶閘管和電容器均存在著很高的殘壓，這對晶閘管和電容器的耐壓也提出了更高的要求。如果器件選擇不當或保護不夠，常常會造成晶閘管和電容器燒毀。三相共補適用於三相負載較平衡的場合，三相分補對於三相負載不平衡的場合則能做到真正的三相無功平衡。把三相共補和三相分補相結合，便實現補償綜合方案—混補，可以用於任何負載。先在三角形接法的電容器組中選擇三相共同需要的補償容量，進行共補，然後在星形接法的電容器組合中選擇單相電容器補償剩餘不平衡狀況，既避免了過補或欠補現象的出現，又節省了補償電容的容量，降低了成本，具有很好的經濟性。

隨著電力電子技術的日新月異以及各門學科的交叉影響，靜止無功補償的發展趨勢主要有以下幾點：

（1）在城網改造中，運行單位往往需要在配電變壓器的低壓側同時加裝無功補償控製器和配電綜合測試儀，因此提出了無功補償控製器和配電綜合測試儀的一體化的問題。

（2）快速準確地檢測係統的無功參數，提高動態響應時間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況（如大的衝擊負荷或負荷波動較頻繁的場合）。隨著計算機數字控製技術和智能控製理論的發展，可以在無功補償中引入一些先進的控製方法，如模糊控製等。

（3）目前無功補償技術還主要用於低壓係統。高壓係統由於受到晶閘管耐壓水平的限製，是通過變壓器接入的，如用於電氣化鐵道牽引變電所等。研製高壓動態無功補償的裝置則具有重要意義，關鍵問題是要解決補償裝置晶閘管和二極管的耐壓，即多個晶閘管元件串聯及均壓、觸發控製的同步性等。

（4）由單一的無功功率補償到具有濾波以及抑製諧波的功能。隨著電力電子技術的發展和電力電子產品的推廣應用，供電係統或負荷中含有大量諧波。研製開發兼有無功補償與電力濾波器雙重優點的晶閘管開關濾波器，將成為改善係統功率因數、抑製諧波、穩定係統電壓、改善電能質量的有效手段。