1　引言 　　無功功率補(bǔ)償裝置的主要作用是：提高負(fù)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(zhǎng)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(fù)載的有功和無功功率等。 2　無功功率補(bǔ)償技術(shù)的現(xiàn)狀 　　目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)采用的電容補(bǔ)償技術(shù)主要是集中補(bǔ)償與就地補(bǔ)償技術(shù)。就地補(bǔ)償技術(shù)主要適用于負(fù)荷穩(wěn)定，不可逆且容量較大的異步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償(如風(fēng)機(jī)、水泵等)，其它各種場(chǎng)合仍主要采用集中補(bǔ)償技術(shù)。下面是幾種常用的補(bǔ)償裝置。 　2.1　同步調(diào)相機(jī) 　　早期的無功功率補(bǔ)償裝置主要為同步調(diào)相機(jī)，多為高壓側(cè)集中補(bǔ)償。同步調(diào)相機(jī)目前在現(xiàn)場(chǎng)仍有少量使用。 　2.2　靜止補(bǔ)償裝置 　　靜止補(bǔ)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(yīng)，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(diǎn)電壓。 　　靜止補(bǔ)償器由于其價(jià)格較低、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作可靠，在國(guó)內(nèi)仍是主流補(bǔ)償裝置。靜止補(bǔ)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(shí)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(bǔ)償技術(shù)是靜態(tài)的，因?yàn)樗荒芗皶r(shí)響應(yīng)無功功率的波動(dòng)。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(shí)間及電容器分級(jí)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(bǔ)償是有級(jí)的、定時(shí)的，因而補(bǔ)償精度差，跟隨性不強(qiáng)，不能適應(yīng)負(fù)荷變化快的場(chǎng)合；受交流接觸器操作頻率及壽命的限制，靜態(tài)補(bǔ)償裝置一般均設(shè)有投切延時(shí)功能，其延時(shí)時(shí)間一般為30s。對(duì)一般穩(wěn)定負(fù)荷，即負(fù)荷變化周期大于30s的負(fù)荷，這類補(bǔ)償裝置是有效的，但對(duì)一些變化較快的負(fù)荷，如電梯、起重、電焊等，這類補(bǔ)償裝置就無法進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。 　(2)不能做到無涌流投入電容器，對(duì)于接觸器加電抗器方案，增加損耗較大，對(duì)于容性接觸器方案，事故率較大，對(duì)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(duì)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(yùn)行噪聲較大。 　(4)由于控制部分的負(fù)載是接觸器的線圈，在投切過程中，造成火花干擾，影響補(bǔ)償裝置的可靠性和使用壽命。 　　針對(duì)上述問題，基于智能控制策略的TSC補(bǔ)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(shí)上，如果能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)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(fù)雜的檢測(cè)和控制任務(wù)，從而使動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率成為可能?；谥悄芸刂撇呗缘腡SC補(bǔ)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(cè)量及分析，進(jìn)而控制無觸點(diǎn)開關(guān)的投切，同時(shí)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(tái)無觸點(diǎn)開關(guān)的造價(jià)比交流接觸器高，但該裝置仍然有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 　?、贌o涌流，允許頻繁操作； 　?、诟欗憫?yīng)時(shí)間快，動(dòng)態(tài)跟蹤時(shí)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(zhǎng)整個(gè)裝置的使用壽命； 　?、芫哂懈鞣N保護(hù)功能，如過壓保護(hù)、缺相保護(hù)及諧波分量超限保護(hù)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(bǔ)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(jìn)行無功補(bǔ)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(chǔ)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(qiáng)。 　SVG的等效電路如圖2所示。其中，變壓器與補(bǔ)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(gè)產(chǎn)生基波和諧波電壓的交流電壓源，控制補(bǔ)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(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓高時(shí)，逆變器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前(容性)無功電流。反之，當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓低時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后(感性)無功電流，因此能與系統(tǒng)進(jìn)行有功、無功之間的交換。若控制方法得當(dāng)，SVG在補(bǔ)償無功功率的同時(shí)還可以對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)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(dòng)，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(bǔ)償特性，因此是新一代無功補(bǔ)償裝置的代表，有很大的發(fā)展前途。 圖2　SVG等效電路 　　我國(guó)首臺(tái)20MvarSVG于1999年3月并入河南電網(wǎng)試運(yùn)行。 3　無功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 　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(shí)用的裝置90％以上為電壓型。從與補(bǔ)償對(duì)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(dú)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(shí)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(tái)容量低，成本較高等。隨著電力半導(dǎo)體器件向大容量、高頻化方向發(fā)展，這類既能補(bǔ)償諧波又能補(bǔ)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(gè)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(shí)現(xiàn)線路有功和無功功率的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，并可提高輸送能力以及阻尼系統(tǒng)振蕩。美國(guó)西屋電氣公司研制出一種簡(jiǎn)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(jià)明顯低于UPFC，功能可與之相比且優(yōu)于SVG。中國(guó)電力科學(xué)研究院、東南大學(xué)、清華大學(xué)等單位也進(jìn)行了理論研究和仿真實(shí)驗(yàn)，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(jià)比較高，目前我國(guó)廣泛使用的還是靜止補(bǔ)償器(SVC)。其中，能夠進(jìn)行無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)幕谥悄芸刂撇呗缘腡SC仍然需要大力推廣。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)外對(duì)SVC的研究仍在繼續(xù)，研究的重點(diǎn)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(yīng)用有源濾波器進(jìn)行諧波抑制，以及應(yīng)用柔性交流輸電系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，必將成為今后電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向。