隨著國家“重發(fā)電輕供電”現(xiàn)象的改善、配電網(wǎng)自動化的不斷發(fā)展、智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的不斷完善，圍繞輸配電的電能質(zhì)量的問題越來越受到各方關(guān)注，對配電網(wǎng)無功平衡提出了更高的要求。使得無功補償技術(shù)由單一技術(shù)向包含無功補償、諧波濾波和有償補償?shù)碾娔苜|(zhì)量系統(tǒng)工程技術(shù)擴展、市場規(guī)模得以迅速壯大起來，給無功補償技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來前所未有的機遇。
有專家曾指出“當(dāng)下，無功補償已經(jīng)成為現(xiàn)代配電網(wǎng)工程必不可少的重要組成部分。預(yù)計未來產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以200億元人民幣/年的速度進(jìn)行增長。”
無功電源如同有功電源一樣，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運行所不可缺少的部分。無功功率和有功功率一樣也是輸配電網(wǎng)中不可缺少的組成部分，無功功率對供電系統(tǒng)的正常運行是十分重要的。功率因數(shù)過低，電氣設(shè)備將得不到充分利用、電力網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力也會下降、損耗增加、系統(tǒng)電壓下降還會導(dǎo)致設(shè)備損壞?？梢姡鉀Q好網(wǎng)絡(luò)補償問題，對網(wǎng)絡(luò)降損節(jié)能有著極為重要的意義。
無功補償及我國的發(fā)展情況：
無功補償全稱無功功率補償，在電力供電系統(tǒng)中起提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境的作用，所以無功補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。
無功功率同有功功率一樣必須保持平衡，負(fù)載所需要的感性無功必須要由電網(wǎng)中裝設(shè)的無功電源(發(fā)電機、調(diào)相機、靜止無功補償器、并聯(lián)電容器等)發(fā)出的容性無功來提供補償。降低電力線路無功功率的有效途徑就是人工無功補償以提高線路功率因數(shù)，所謂無功補償，是指在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機等設(shè)備，以向感性負(fù)荷設(shè)備提供無功功率，從而減少由輸電線路輸送的無功功率。在長距離輸電線路中選擇合適地點裝設(shè)無功動態(tài)補償裝置，可以改善電網(wǎng)穩(wěn)定性能、提高輸電能力。
無功補償在我國的發(fā)展情況：
在現(xiàn)階段我國電力事業(yè)發(fā)展的大背景下，越來越多的分布式電源接入、微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和投放市場、變頻電機的大量使用以及儲能等新型輔助服務(wù)的興起，是的配電網(wǎng)的低頻振蕩和經(jīng)濟運行問題越發(fā)的凸顯出來，同時也為無功補償技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的橫向拓展帶來嶄新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。
無功補償技術(shù)的滯后，將會對電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生不利影響，甚者直接造成巨額經(jīng)濟損失。
其實，無功補償原則我國電力管理部門早已充分認(rèn)識到無功補償?shù)闹匾?，因此提出了無功補償?shù)幕炯夹g(shù)原則，以求達(dá)到良好效果①無功補償應(yīng)根據(jù)分級就地平衡的原則進(jìn)行配置，全面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡。采用集中補償和分散補償相結(jié)合、以分散補償為主，高壓補償和低壓補償相結(jié)合、以低壓補償為主，靜態(tài)補償和動態(tài)補償相結(jié)合，調(diào)壓和降損相結(jié)合、以降損為主的基本原則。②電力用戶無功補償后的功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到如下要求：IOOkVA及以上高壓供電的電力用戶，變壓器一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95以上;其它電力用戶功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.90以上。③各電壓等級的變電站應(yīng)根據(jù)實際需要合理配置適當(dāng)類型的無功補償裝置，再根據(jù)算法計算結(jié)果確定無功補償?shù)娜萘?。所裝設(shè)的無功補償裝置應(yīng)以不引起系統(tǒng)諧波明顯放大為原則。
無功補償對電網(wǎng)建設(shè)的影響
無功補償主要有以下幾方面的作用。
(1)提高電網(wǎng)及負(fù)載的功率因數(shù)，設(shè)備設(shè)計容量將降低，投資也從而減少。
(2)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高電網(wǎng)質(zhì)量。特別在長距離輸電線路中安裝合適的無功補償裝置可提高系統(tǒng)的輸電能力及穩(wěn)定性。
(3)減少負(fù)荷電流，降低線路電能損耗。
(4)無功補償挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力。在設(shè)備容量不變的條件下，提高功率因數(shù)可以少送無功功率，就可以多送有功功率。
(5)在三相負(fù)載不平衡的場合，可對三相視在功率起到平衡作用。
(6)無功補償可以減少用戶電費支出，避免因功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，同時減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率造成的有功功率損耗。
從電力系統(tǒng)的幾個環(huán)節(jié)來說，無功補償同樣也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用：
對發(fā)電的影響：無功功率會降低發(fā)電機有功功率的輸出。
對輸配電的影響：電網(wǎng)內(nèi)無功功率的流動會造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。
對變電的影響：視在功率一定時，增加無功功率就要降低變電設(shè)備的供電能力。
對用電的影響：系統(tǒng)缺乏無功功率時就會使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮，電氣設(shè)備不能正常運行。
為了避免上述情況的發(fā)生，就需要裝設(shè)無功補償裝置進(jìn)行無功補償。合理的選擇補償裝置，不僅可以最大限度的減少電網(wǎng)的損耗，而且可以使電網(wǎng)質(zhì)量提高，反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。
配電網(wǎng)無功補償?shù)闹饕绞剑?/strong>
配電網(wǎng)無功補償?shù)闹饕绞接形宸N：變電站補償、配電線路補償、隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。
變電站補償：
針對電網(wǎng)的無功平衡，在變電站進(jìn)行集中補償，補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器等，主要目的是平衡電網(wǎng)的無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。
這些補償裝置一般集中接在變電站10kV母線上，因此具有管理容易、維護方便等優(yōu)點，缺點是這種補償方式對10kV配電網(wǎng)的降損不起作用。
配電線路補償：
線路無功補償即通過在線路桿塔上安裝電容器實現(xiàn)無功補償。線路補償點不宜過多;
控制方式應(yīng)從簡，一般不采用分組投切控制;
補償容量也不宜過大，避免出現(xiàn)過補償現(xiàn)象;保護也要從簡，可采用熔斷器和避雷器作為過流和過壓保護。
線路補償方式主要提供線路和公用變壓器需要的無功，該種方式具有投資小、回收快、便于管理和維護等優(yōu)點，適用于功率因數(shù)低、負(fù)荷重的長線路。缺點是存在適應(yīng)能力差，重載情況下補償不足等問題。
在低壓三相四線制的城市居民和農(nóng)網(wǎng)供電系統(tǒng)中：
由于用電戶多為單相負(fù)荷或單相和三相負(fù)荷混用，并且負(fù)荷大小不同和用電時間的不同。所以，電網(wǎng)中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無規(guī)律性，也無法事先預(yù)知。導(dǎo)致了低壓供電系統(tǒng)三相負(fù)載的長期性不平衡。對于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負(fù)荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。
電網(wǎng)中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，還會增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至?xí)绊懽儔浩鞯陌踩\行，最終會造成三相電壓的不平衡。
調(diào)整不平衡電流無功補償裝置，有效地解決了這個難題，該裝置具有在補償線路無功的同時調(diào)整不平衡有功電流的作用。其理論結(jié)果可使三相功率因數(shù)均補償至1，三相電流調(diào)整至平衡。實際應(yīng)用表明，可使三相功率因數(shù)補償?shù)?.95以上，使不平衡電流調(diào)整到變壓器額定電流的10%以內(nèi)。
隨機補償：
隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電動機同時投切的一種無功補償方式。
縣級配電網(wǎng)中有很大一部分的無功功率消耗在電動機上，因此，搞好電動機的無功補償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時還可以提高電動機的出力。
隨機補償?shù)膬?yōu)點是用電設(shè)備運行時，無功補償裝置投入;用電設(shè)備停運時，補償裝置退出。更具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低的特點。
適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，可較好的限制配電網(wǎng)無功峰荷。年運行小時數(shù)在1000h以上的電動機采用隨機補償較其他補償方式更經(jīng)濟。
隨器補償：
隨器補償是指將低壓電容器通過低壓熔斷器接在配電變壓器二次側(cè)，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配電變壓器在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配電變壓器空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分.
隨器補償?shù)膬?yōu)點是接線簡單，維護管理方便，能有效地補償配電變壓器空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配電變壓器利用率，降低無功網(wǎng)損，提高用戶的功率因數(shù)，改善用戶的電壓質(zhì)量，具有較高的經(jīng)濟性，是目前無功補償最有效的手段之一。
缺點是由于配電變壓器的數(shù)量多、安裝地點分散，因此補償工作的投資比較大，運行維護工作量大。
跟蹤補償：
是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在用戶配電變壓器低壓側(cè)的補償方式。
這種補償方式，部分相當(dāng)于隨器補償?shù)淖饔?，主要適用與100kVA及以上的專用配電變壓器用戶。
跟蹤補償?shù)膬?yōu)點
是可較好地跟蹤無功負(fù)荷的變化，運行方式靈活，補償效果好，但是費用高，且自動投切裝置較隨機或隨器補償?shù)目刂票Ｗo裝置復(fù)雜，如有任一元件損壞，則可導(dǎo)致電容器不能投切。其主要適于大容量大負(fù)荷的配變。
配電網(wǎng)常見的無功補償設(shè)備
電力系統(tǒng)中的無功補償裝置從最早的電容器開始發(fā)展到今天，歷經(jīng)了電容器、同步調(diào)相機、靜止無功補償裝置(SVC)、靜止同步補償器(SVG)等幾個不同的階段。其中，并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用的最多的一種專用的無功功率補償設(shè)備。它的特點是價格便宜，易于安裝維護。并聯(lián)電容器補償無功功率方式有三種：集中補償，分組補償及就地補償。
靜止同步補償器(SVG)是目前最先進(jìn)的補償裝置，已進(jìn)入實用化階段，隨著IGBT等器件、高速CPU器件及光纖技術(shù)的發(fā)展，SVG系統(tǒng)的價格不斷下降并漸漸被行業(yè)接受，以成為靜止無功補償技術(shù)的發(fā)展方向,SVG系統(tǒng)將是今后柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分。
（圖片整理自網(wǎng)絡(luò)）
無功補償設(shè)備大致可分為三類：調(diào)相機、靜止無功補償裝置(Static Var Compensator， SVC)、靜止無功發(fā)生裝置(Static Var Generator， SVG)。
調(diào)相機或稱同步調(diào)相機、同步補償機是較早出現(xiàn)的一類無功補償設(shè)備。調(diào)相機實際是一臺空載運行的同步電動機，利用同步電動機在不同勵磁電流下的發(fā)出或吸收無功電流的能力起到無功補償作用。當(dāng)正常勵磁時，調(diào)相機的電樞電流接近于零;過勵磁時，調(diào)相機向電網(wǎng)發(fā)出無功電流;欠勵磁時，調(diào)相機從電網(wǎng)中吸收無功電流。因此，調(diào)相機經(jīng)常運行在過勵狀態(tài)，勵磁電流較大，損耗也比較大，發(fā)熱比較嚴(yán)重。為方便運行起見，調(diào)相機一般與發(fā)電廠中的同步發(fā)電機組或負(fù)荷端的異步電動機組安裝在一起，容量較大的調(diào)相機還需要采用氫氣冷卻。以上缺點均大大限制了調(diào)相機的應(yīng)用范圍，目前除在高壓直流輸電線路的終端作動態(tài)無功支持外，已很少使用。
SVC是目前應(yīng)用最為廣泛的一類無功補償設(shè)備。單就字面而言，SVC中的“Static”即靜止，是相對于調(diào)相機的旋轉(zhuǎn)而言，因此除調(diào)相機和SVG之外，凡是用電感或電容進(jìn)行無功補償?shù)难b置均可稱作SVC。按國際大電網(wǎng)會議的定義，SVC可分為以下7類：機械投切電容器(MSC)、機械投切電抗器(MSR)、自飽和電抗器(SR)、晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)、自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器(SCC/LCC)。實際上以上7類仍未能涵蓋全部SVC設(shè)備，例如MCR(Magnetic Control Reactor)——磁閥式可控電抗器設(shè)備以及由以上兩類或幾類技術(shù)混合構(gòu)成的設(shè)備。一般認(rèn)為應(yīng)慎重使用SVC這一名詞，因為其所能指代的范圍過于寬泛。
在種類繁多的SVC設(shè)備中，一般可按控制/投切設(shè)備的種類分為機械投切型及電力電子型兩大類，通常所稱的SVC設(shè)備也是指這兩類。前者一般包括機械投切電容器(MSC)、機械投切電抗器(MSR)等，共同特點是采用機械投切開關(guān)如接觸器、遙控斷路器等作為投切設(shè)備，其優(yōu)點是魯棒性較好、不易受諧波干擾等，缺點則是響應(yīng)時間長、一般只能分級投入不易實現(xiàn)動態(tài)無級補償?shù)?。后者一般包括晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、晶閘管投切電抗器(TSR)等，其優(yōu)點是響應(yīng)速度快、控制精度較好、能實現(xiàn)過零投切、具備動態(tài)補償能力等，缺點則是電力電子器件易受諧波干擾。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子型SVC設(shè)備有逐漸取代機械投切型SVC設(shè)備的趨勢。
SVG(Static Var Generator)與SVC一樣，也是一種“靜止”設(shè)備，是近年出現(xiàn)的新一代無功補償設(shè)備。SVG以IGBT模塊構(gòu)成的電壓源型逆變器為核心，通過實時檢測負(fù)載電流波形，并調(diào)節(jié)橋式整流電路交流側(cè)輸出電流達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的幅值和相位的目的。通過以上調(diào)節(jié)，可以吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補償。SVG具有響應(yīng)速度快、吸收無功連續(xù)、產(chǎn)生的高次諧波量小、調(diào)節(jié)范圍廣、耗損與噪音小等突出優(yōu)點。 SVG的主要問題是電壓等級和容量受IGBT器件性能限制，較難做到較高電壓等級和較大規(guī)模容量，目前一般在1kV以下電壓等級應(yīng)用較為廣泛。
未來發(fā)展趨勢
隨著國家“重發(fā)電輕供電”現(xiàn)象的改善，圍繞輸配電的電能質(zhì)量的問題越來越受到各方關(guān)注。特別是無功問題，是電力部門和用戶共同關(guān)注的問題。合理選擇無功補償方案和補償容量，能有效提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，提高發(fā)輸電設(shè)備的利用率，降低有功線損和減少發(fā)電費用。
隨著智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)的發(fā)展，使得無功補償技術(shù)由單一技術(shù)向包含無功補償、諧波濾波和有償補償?shù)碾娔苜|(zhì)量系統(tǒng)工程技術(shù)擴展、市場規(guī)模得以迅速壯大起來，給無功補償技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來前所未有的機遇。
有專家曾指出“當(dāng)下，無功補償已經(jīng)成為現(xiàn)代配電網(wǎng)工程必不可少的重要組成部分。預(yù)計未來產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以200億元人民幣/年的速度進(jìn)行增長?！?
而我們應(yīng)該清楚，機遇往往是與困難并存的，無功補償技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨這技術(shù)提升和企業(yè)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段國家和企業(yè)正著力推動的解決智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)建設(shè)所面臨的一系列問題，一流配電網(wǎng)的建設(shè)必然是一場曠日持久的“戰(zhàn)場”，如何從中脫穎而出，成為主流企業(yè)、推出主流技術(shù)就成為了企業(yè)將來所要面臨的問題之一。
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