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【摘 要】 本文描述了无功功率补偿技术的现状，并分析了一些现有无功补偿技术装置的优点和不足。并特别指出：在我国，基于智能控制策略的TSC装置仍然需要大力推广。在此基础上，展望了无功功率补偿技术的发展方向。
【关键词】 无功功率补偿；谐波抑制；动态静止无功补偿器
1 引言
随着现代工业的飞速发展，对电能的质量要求越来越高，无功功率补偿是电能质量的重要保证。同时，针对感性负载设备就近提供无功功率对降低线损、降低供电设备容量、改善供电线路的功率因数以及稳定电力系统的电压等方面都起着至关重要的作用。在电网运转中，我们希望功率因数越接近1越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将更多用来供应有功功率，从而提高电能保送的功率。
2 无功功率补偿技术现状
随着我国工业的飞速发展，越来越多的电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。
目前，国内电网采用的电容补偿技术主要是集中补偿，分组补偿与就地补偿技术。就地补偿技术主要适用于负荷稳定，不可逆且容量较大的异步电动机补偿（如风机、水泵等）；分组补偿是将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或村镇终端变配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，仅无功补偿容量和范围相对小些。其它情况仍主要采用集中补偿技术。下面是几种常用的补偿装置。
2.1同步调相机
早期的无功功率补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。同步调相机目前在现场仍有少量使用。
2.2静止补偿装置
静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。
静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器（SVC）先后出现过不少类型，目前来看，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。上述第二种又可分为：固定连接电容器加可控硅控制的电抗器可控硅开关操作的电容器加可控硅控制的电抗器（TSC-TCR）。
实际上，由断路器（电磁型交流接触器）操作的电容器和电抗器在电网中正在大量使用，可以说这种补偿技术是静态的，因为它不能及时响应无功功率的波动。这种装置以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，因而无法避免以下不足：
（1）补偿是有级的、定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，不能适应负荷变化快的场合；受交流接触器操作频率及寿命的限制，静态补偿装置一般均设有投切延时功能，其延时时间一般为30s。对一般稳定负荷，即负荷变化周期大于30s的负荷，这类补偿装置是有效的，但对一些变化较快的负荷，如电梯、起重、电焊等，这类补偿装置就无法进行跟踪补偿。
（2）不能做到无涌流投入电容器，对于接触器加电抗器方案，增加损耗较大，对于容性接触器方案，事故率较大，对金属化电容器的使用寿命影响很大；目前，低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主，这种电容器的引线喷金属端面对涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次数是影响电容器使用寿命的主要因素。
（3）运行噪声较大。
（4）由于控制部分的负载是接触器的线圈，在投切过程中，造成火花干扰，影响补偿装置的可靠性和使用寿命。
针对上述问题，基于智能控制策略的TSC补偿装置正在引起关注。事实上，如果能够进行动态无功功率补偿则能够克服以上不足。
TSC的基本原理见图（a）是单相电路图，其中的两个反并联晶闸管起着将电容器接入电网或从电网断开的作用，而串联的电感主要用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流，还可抑制高次谐波。因此，当电容器投入时，TSC的电压-电流特性就是该电容的伏安特性，即如图（b）中O-A所示.在工程实际中一般将电容器分成几组，每组都可由晶闸管投切.根据电网的无功需求投切这些电容器，TSC实际上就是断续可调的提供容性无功功率的动态无功补偿器.
当TSC用于三相电路时可以是△接法，也可以是Y接法。每一相都可设计成分组投切，以提高静态补偿精度。电容器分组的具体方法比较灵活，一般希望能组合产生的电容值级数越多越好，但是综合考虑到系统复杂性以及经济性，多数采用二进制的方案。
基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器，由它完成无功功率（功率因数）的测量及分析，进而控制无触点开关的投切，同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。因此，与断路器操作的电容器装置相比，尽管单台无触点开关的造价比交流接触器高，但该装置仍然有以下几个特点：
①无涌流，允许频繁操作；
②跟踪响应时间快，动态跟踪时间0.02～2s（可调）；
③采用编码循环式投切电容器，可均匀使用电容器，从而延长整个装置的使用寿命；
④具有各种保护功能，如过压保护、缺相保护及谐波分量超限保护等。
2.3静止无功发生器
静止无功发生器（static var generator，SVG）又称静止同步补偿器（STATCOM），是采用GTO构成的自换相变流器，通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功，进行无功补偿。与SVC相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。若控制方法得当，SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。在稳态情况下，SVG的直流侧和交流侧之间没有有功功率交换，无功功率在三相之间流动，因此直流只需要较小容量的电容即可。此外，SVG装置用铜和铁较少，且有优良的补偿特性，因此是新一代无功补偿装置的代表，有很大的发展前途。
3 无功功率补偿技术的发展趋势
3.1电力有源滤波器
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看，电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式，目前并联型占实用装置的大多数。
目前电力有源滤波器仍存在一些问题，如电流中有高次谐波，单台容量低，成本较高等。随着电力半导体器件向大容量、高频化方向发展，这类既能补偿谐波又能补偿无功的装置必然有很好的发展前景。
3.2综合潮流控制器
综合潮流控制器将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角皆可连续变化，从而实现线路有功和无功功率的准确调节，并可提高输送能力以及阻尼系统振荡。
4 结束语
目前我国广泛使用的還是静止补偿器（SVC）。其中，能够进行无功功率动态补偿的基于智能控制策略的TSC仍然需要大力推广。实际上，国内外对SVC的研究仍在继续，研究的重点集中在控制策略上，试图借助于人工智能提高SVC的性能。随着大功率电力电子器件技术的高速发展，未来的功率器件容量将逐步提高，应用有源滤波器进行谐波抑制，以及应用柔性交流输电系统技术进行无功功率补偿，必将成为今后电力自动化系统的发展方向。而且可以节省国家电力资源，实现了无功功率动态补偿和谐波抑制，实现电力系统的绿色环保。
参考文献：
[1]伍小杰，白玥《动态无功功率补偿研究的现状和展望》
[2]翁利民《无功功率补偿技术发展动向》
[3]陈建业，吴铁铮《新型静止无功发生器（ASVG）的研究现状》
[4]华福年，李仁杰《无功补偿装置综述》
【关键词】 无功功率补偿；谐波抑制；动态静止无功补偿器
1 引言
随着现代工业的飞速发展，对电能的质量要求越来越高，无功功率补偿是电能质量的重要保证。同时，针对感性负载设备就近提供无功功率对降低线损、降低供电设备容量、改善供电线路的功率因数以及稳定电力系统的电压等方面都起着至关重要的作用。在电网运转中，我们希望功率因数越接近1越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将更多用来供应有功功率，从而提高电能保送的功率。
2 无功功率补偿技术现状
随着我国工业的飞速发展，越来越多的电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。
目前，国内电网采用的电容补偿技术主要是集中补偿，分组补偿与就地补偿技术。就地补偿技术主要适用于负荷稳定，不可逆且容量较大的异步电动机补偿（如风机、水泵等）；分组补偿是将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或村镇终端变配电所高压或低压母线上，也称为分散补偿。这种方式具有与集中补偿相同的优点，仅无功补偿容量和范围相对小些。其它情况仍主要采用集中补偿技术。下面是几种常用的补偿装置。
2.1同步调相机
早期的无功功率补偿装置主要为同步调相机，多为高压侧集中补偿。同步调相机目前在现场仍有少量使用。
2.2静止补偿装置
静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。
静止补偿器由于其价格较低、维护简单、工作可靠，在国内仍是主流补偿装置。静止补偿器（SVC）先后出现过不少类型，目前来看，有发展前途的主要有直流助磁饱和电抗器型、可控硅控制电抗器型和自饱和电抗器型3种。上述第二种又可分为：固定连接电容器加可控硅控制的电抗器可控硅开关操作的电容器加可控硅控制的电抗器（TSC-TCR）。
实际上，由断路器（电磁型交流接触器）操作的电容器和电抗器在电网中正在大量使用，可以说这种补偿技术是静态的，因为它不能及时响应无功功率的波动。这种装置以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，因而无法避免以下不足：
（1）补偿是有级的、定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，不能适应负荷变化快的场合；受交流接触器操作频率及寿命的限制，静态补偿装置一般均设有投切延时功能，其延时时间一般为30s。对一般稳定负荷，即负荷变化周期大于30s的负荷，这类补偿装置是有效的，但对一些变化较快的负荷，如电梯、起重、电焊等，这类补偿装置就无法进行跟踪补偿。
（2）不能做到无涌流投入电容器，对于接触器加电抗器方案，增加损耗较大，对于容性接触器方案，事故率较大，对金属化电容器的使用寿命影响很大；目前，低压电力电容器以金属化自愈式电容器为主，这种电容器的引线喷金属端面对涌流承受能力有限，因此，涌流的大小及次数是影响电容器使用寿命的主要因素。
（3）运行噪声较大。
（4）由于控制部分的负载是接触器的线圈，在投切过程中，造成火花干扰，影响补偿装置的可靠性和使用寿命。
针对上述问题，基于智能控制策略的TSC补偿装置正在引起关注。事实上，如果能够进行动态无功功率补偿则能够克服以上不足。
TSC的基本原理见图（a）是单相电路图，其中的两个反并联晶闸管起着将电容器接入电网或从电网断开的作用，而串联的电感主要用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流，还可抑制高次谐波。因此，当电容器投入时，TSC的电压-电流特性就是该电容的伏安特性，即如图（b）中O-A所示.在工程实际中一般将电容器分成几组，每组都可由晶闸管投切.根据电网的无功需求投切这些电容器，TSC实际上就是断续可调的提供容性无功功率的动态无功补偿器.
当TSC用于三相电路时可以是△接法，也可以是Y接法。每一相都可设计成分组投切，以提高静态补偿精度。电容器分组的具体方法比较灵活，一般希望能组合产生的电容值级数越多越好，但是综合考虑到系统复杂性以及经济性，多数采用二进制的方案。
基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器，由它完成无功功率（功率因数）的测量及分析，进而控制无触点开关的投切，同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。因此，与断路器操作的电容器装置相比，尽管单台无触点开关的造价比交流接触器高，但该装置仍然有以下几个特点：
①无涌流，允许频繁操作；
②跟踪响应时间快，动态跟踪时间0.02～2s（可调）；
③采用编码循环式投切电容器，可均匀使用电容器，从而延长整个装置的使用寿命；
④具有各种保护功能，如过压保护、缺相保护及谐波分量超限保护等。
2.3静止无功发生器
静止无功发生器（static var generator，SVG）又称静止同步补偿器（STATCOM），是采用GTO构成的自换相变流器，通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功，进行无功补偿。与SVC相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。若控制方法得当，SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。在稳态情况下，SVG的直流侧和交流侧之间没有有功功率交换，无功功率在三相之间流动，因此直流只需要较小容量的电容即可。此外，SVG装置用铜和铁较少，且有优良的补偿特性，因此是新一代无功补偿装置的代表，有很大的发展前途。
3 无功功率补偿技术的发展趋势
3.1电力有源滤波器
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看，电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式，目前并联型占实用装置的大多数。
目前电力有源滤波器仍存在一些问题，如电流中有高次谐波，单台容量低，成本较高等。随着电力半导体器件向大容量、高频化方向发展，这类既能补偿谐波又能补偿无功的装置必然有很好的发展前景。
3.2综合潮流控制器
综合潮流控制器将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角皆可连续变化，从而实现线路有功和无功功率的准确调节，并可提高输送能力以及阻尼系统振荡。
4 结束语
目前我国广泛使用的還是静止补偿器（SVC）。其中，能够进行无功功率动态补偿的基于智能控制策略的TSC仍然需要大力推广。实际上，国内外对SVC的研究仍在继续，研究的重点集中在控制策略上，试图借助于人工智能提高SVC的性能。随着大功率电力电子器件技术的高速发展，未来的功率器件容量将逐步提高，应用有源滤波器进行谐波抑制，以及应用柔性交流输电系统技术进行无功功率补偿，必将成为今后电力自动化系统的发展方向。而且可以节省国家电力资源，实现了无功功率动态补偿和谐波抑制，实现电力系统的绿色环保。
参考文献：
[1]伍小杰，白玥《动态无功功率补偿研究的现状和展望》
[2]翁利民《无功功率补偿技术发展动向》
[3]陈建业，吴铁铮《新型静止无功发生器（ASVG）的研究现状》
[4]华福年，李仁杰《无功补偿装置综述》