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摘要：随着电力在人类社会生活中的广泛应用，人们对供电系统产生的效益和可靠性要求也越来越高，新型无功补偿装置的产生与应用在工农业生产、钢铁、冶金、采矿等领域产生了巨大效益。文章从新型无功补偿的原理、原则、方法，无功功率对电能质量的影响以及在远距离输电系统、直流输电系统等领域中的应用等方面，对新型无功补偿装置进行了研究。
关键词：无功补偿；电力系统；远距离输电系统；直流输电系统
中图分类号：TM631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0051-03
新型无功补偿装置是近年来发展起来的一种集调节快、功能多、用途广等优势于一体的新型补偿装置。无功补偿技术的发展大体经历4个阶段，分别是同步调相机阶段、开关投切固定电容阶段、静止无功补偿器阶段和靜止无功发生器阶段。
1 无功补偿的原理与原则
无功功率与有功功率同属电网输出的功率。所谓有功功率就是通过直接消耗电能，然后把电能转化为机械能、热能或声能，并产生功率；而无功功率是不直接消耗电能，只是把电能转化为另一种形式的能量，并成为电气设备运行的必要条件。同一电路中，电感电流和电容电流的方向是相反的，如果在电磁元件电路中安装电容元件，使电流的矢量和电压矢量之间夹角变小，从而提高电能作功能力，这就是无功补偿的道理。研究显示，在具体应用研究中，要使无功补偿的效益发挥到最大化，无功补偿装置的配置就一定要遵循就地平衡、分级补偿、合理布局、全面规划的原则。
1.1 坚持集中与分散补偿相结合原则
根据对国内相关资料和事例的研究发现，国内生产的自动补偿装置存在弊端，运用集中补偿的方法，不仅能够对电力部门检查电压的运行情况提供方便，而且还能把电压的数值参数控制在一定的范围之内。而以分散补偿为主，主要是针对负荷集中的地方，既要对变电站大容量进行补偿，又要对各配电线路、配电变压器及用电设备处分散
补偿。
1.2 坚持降损与调压相结合原则
要以降损为主，同时与调压相结合。主要是对输电线路长、分线多、负荷相对不集中的线路，降低电网的功率损耗，减少电网中的电压损失，从而提高线路的供电能力。
1.3 坚持供电部门的无功补偿与用户补偿相结合
用户用电设备是无功消耗的主要地方，集中了约60%的无功消耗。无功补偿的运用可以满足用户降低损耗、节约成本的需求，二者之间的关系影响明显。
1.4 坚持总体与局部的平衡相结合原则
要满足全网总无功的平衡，还要满足各分线、各分站无功的平衡。
1.5 坚持高压与低压补偿相结合原则
要以低压补偿为主，与分散补偿的原理相似，并在相互之间产生了必然联系。
2 无功补偿的方法
2.1 固定补偿与动态无功补偿相联系
随着电网的广泛应用，供电线路的负载类型也越来越多，对供电的要求也逐渐升高，新的动态无功补偿技术能很好地适应负载的良好转变，并产生积极效果。一般说来，如果配电系统中静态负荷比较多，就应该采用固定补偿，如果频繁变化负荷较多，就应该采取动态无功补偿。
2.2 三相共补与分相补偿相联系
目前，电力电子、照明等设备都是两相供电，造成电网中三相不服衡的现象越来越多，如果全部采用单项补偿就会造成投资成本增加，三相共补同切同投也无法处理这种问题，因此三相共补和分相补偿相联系的方法很好地解决了这个问题，在电力领域被广泛应用。
2.3 稳态补偿与疾速跟踪补偿相联系
这是未来无功补偿发展的一个新趋向，主要用于采矿、钢铁等领域，因为这些领域具有用电大、负载高、工艺复杂等特点，本方法可以改善功率因数和电压质量，降低系统耗能、提高用电率，最大限度地挖掘设备潜能，提高经济效益。
3 新型无功补偿装置在电力系统中的应用
新型无功补偿在电网系统应用中的配比及作用是维持电流顺畅的重要条件因素，也是提高电网工作效能最核心的因子。无功补偿装置在供电过程中的合理运用，可以获得无可比拟的技术优势和经济效益。
3.1 在远距离输电系统中的应用
3.1.1 抑制系统过电压。根据法兰梯效应，在远距离输送电时线路末端电压会出现升高趋势。如果输端系统变弱，那么在送端电压将会有所升高，而超高压系统的绝缘水平并不是多么可观，因此稳态工频过电压就会成为系统运行的最大阻碍并产生威胁。以前，为了抑制这种工频过电压，往往采用并联电抗器来吸收过剩的无功，然而这种做法会带来持续的有功损耗，增大运输成本和等效波阻抗，降低了自然功率值和线路的传输能力，而且在超负荷输电时，受端系统会增大容性补偿无功和相应投资。
3.1.2 提高系统稳定性，增大输电能力。新型无功补偿装置具有快速的动态响应能力，且调节时间低于0.3秒，对突发短路、切机、短时超负荷运作等系统重大干扰具有缓冲作用，可以用于保持母线电压乃至提高端点的电压，大大提高了系统的稳定性。
3.1.3 抑制系统功率振荡。在系统间传输线路中，容易出现线路中电流剧增、短时超负荷工作等重大干扰，造成功率振荡，再加上系统阻尼弱，一旦出现振荡后便难以抑制。为了避免这种情况出现，往往采取被动减少系统传输线之间的传输功率来抑制系统功率的振荡。
3.2 在直流输电系统中的应用
在高压直流输电过程中有三个关键点需要加以解决：一是对补偿无功，整流站和送变站必须提供直流输送功率的50%～60%的补偿无功；二是调整电压；三是抑制过电压，把绝缘要求降低。以上问题可以通过可控电抗器配合使用电容组来解决。
3.3 在有冲击负荷的电力用户和变电站中的应用
3.3.1 抑制电压闪变。大功率无功冲击负荷的突出特点是周期变化短、速度变化快。常规的补偿装置难以达到要求，一般采用静止补偿器来补偿，因为它具有快速调节、抑制电压多变、提升电压质量的能力。据研究表明，可控电抗器可以把时间缩短到1个工频周期内，这样就为可控电抗器抑制电压闪变提供了良好的前提基础。
3.3.2 补偿用户无功，提高功率因数。由于可控电抗器与电容器的配合使用，使用电企业或用电户的功率因数得到大幅度提高，这样用户交纳电费不仅不受到惩罚，而且还可以得到相应奖励。
3.3.3 平衡负荷。可控电抗器作为新型的无功补偿装置，可以补偿负荷运转所消耗的无功功率，并消除运输过程中的不平衡负荷，使供电电压得到平衡化，大大提高了系统的安全性。
3.4 在谐振接地配电网中的应用
无功补偿装置有着可靠性高、响应速度快、谐波小等优点，对供电的可靠性具有一定的保障作用，而且在谐振接地配电网中，可根据负荷变化自动加以调节，使系统功率因数接近于1.0，从而快速准确地对单接地电流进行补偿。
4 结语
随着电力系统的广泛应用，电力系统无功率也得到广泛的研究与开发，人们对其质量和效益也提出了更大的需求。然而在现实研究与应用过程中，新型无功补偿装置仍然面临着局限性，目前，开发与应用的出发点仍然多限于用户的功率参数，而非积极立足于降低传输过程中的电网损耗。如果要实现有效的无功补偿，就必须通过无功潮流的计算来确定各线路的最佳补偿方式、最优补偿量，使有限的资金发挥到最大的效益。目前，国内外正在研制、开发一个新的先进的无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然还在研发试行阶段，还没形成商品化市场，但SVG优越的性能使其未来应用范围必将越来越广泛。
参考文献
[1] 顾和荣，陈秀君，杨丽君.新型PWM控制电抗器及其在无功补偿中应用[J].燕山大学学报，2009，28（6）：534-537.
[2] 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.
[3] 李前，毛承雄，陆继明，李维波.磁调制器的建模与仿真研究[J].传感器技术，2005，24（2）：29-31.
[4] 粟时平，刘桂英.静止无功发生器及其微机控制技术[J].华东电力，2001，（2）：4-7.
作者简介：吴海良（1980-），男，浙江德清人，慈溪市供电局工程师，研究方向：变电检修。
（责任编辑：周 琼）
关键词：无功补偿；电力系统；远距离输电系统；直流输电系统
中图分类号：TM631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0051-03
新型无功补偿装置是近年来发展起来的一种集调节快、功能多、用途广等优势于一体的新型补偿装置。无功补偿技术的发展大体经历4个阶段，分别是同步调相机阶段、开关投切固定电容阶段、静止无功补偿器阶段和靜止无功发生器阶段。
1 无功补偿的原理与原则
无功功率与有功功率同属电网输出的功率。所谓有功功率就是通过直接消耗电能，然后把电能转化为机械能、热能或声能，并产生功率；而无功功率是不直接消耗电能，只是把电能转化为另一种形式的能量，并成为电气设备运行的必要条件。同一电路中，电感电流和电容电流的方向是相反的，如果在电磁元件电路中安装电容元件，使电流的矢量和电压矢量之间夹角变小，从而提高电能作功能力，这就是无功补偿的道理。研究显示，在具体应用研究中，要使无功补偿的效益发挥到最大化，无功补偿装置的配置就一定要遵循就地平衡、分级补偿、合理布局、全面规划的原则。
1.1 坚持集中与分散补偿相结合原则
根据对国内相关资料和事例的研究发现，国内生产的自动补偿装置存在弊端，运用集中补偿的方法，不仅能够对电力部门检查电压的运行情况提供方便，而且还能把电压的数值参数控制在一定的范围之内。而以分散补偿为主，主要是针对负荷集中的地方，既要对变电站大容量进行补偿，又要对各配电线路、配电变压器及用电设备处分散
补偿。
1.2 坚持降损与调压相结合原则
要以降损为主，同时与调压相结合。主要是对输电线路长、分线多、负荷相对不集中的线路，降低电网的功率损耗，减少电网中的电压损失，从而提高线路的供电能力。
1.3 坚持供电部门的无功补偿与用户补偿相结合
用户用电设备是无功消耗的主要地方，集中了约60%的无功消耗。无功补偿的运用可以满足用户降低损耗、节约成本的需求，二者之间的关系影响明显。
1.4 坚持总体与局部的平衡相结合原则
要满足全网总无功的平衡，还要满足各分线、各分站无功的平衡。
1.5 坚持高压与低压补偿相结合原则
要以低压补偿为主，与分散补偿的原理相似，并在相互之间产生了必然联系。
2 无功补偿的方法
2.1 固定补偿与动态无功补偿相联系
随着电网的广泛应用，供电线路的负载类型也越来越多，对供电的要求也逐渐升高，新的动态无功补偿技术能很好地适应负载的良好转变，并产生积极效果。一般说来，如果配电系统中静态负荷比较多，就应该采用固定补偿，如果频繁变化负荷较多，就应该采取动态无功补偿。
2.2 三相共补与分相补偿相联系
目前，电力电子、照明等设备都是两相供电，造成电网中三相不服衡的现象越来越多，如果全部采用单项补偿就会造成投资成本增加，三相共补同切同投也无法处理这种问题，因此三相共补和分相补偿相联系的方法很好地解决了这个问题，在电力领域被广泛应用。
2.3 稳态补偿与疾速跟踪补偿相联系
这是未来无功补偿发展的一个新趋向，主要用于采矿、钢铁等领域，因为这些领域具有用电大、负载高、工艺复杂等特点，本方法可以改善功率因数和电压质量，降低系统耗能、提高用电率，最大限度地挖掘设备潜能，提高经济效益。
3 新型无功补偿装置在电力系统中的应用
新型无功补偿在电网系统应用中的配比及作用是维持电流顺畅的重要条件因素，也是提高电网工作效能最核心的因子。无功补偿装置在供电过程中的合理运用，可以获得无可比拟的技术优势和经济效益。
3.1 在远距离输电系统中的应用
3.1.1 抑制系统过电压。根据法兰梯效应，在远距离输送电时线路末端电压会出现升高趋势。如果输端系统变弱，那么在送端电压将会有所升高，而超高压系统的绝缘水平并不是多么可观，因此稳态工频过电压就会成为系统运行的最大阻碍并产生威胁。以前，为了抑制这种工频过电压，往往采用并联电抗器来吸收过剩的无功，然而这种做法会带来持续的有功损耗，增大运输成本和等效波阻抗，降低了自然功率值和线路的传输能力，而且在超负荷输电时，受端系统会增大容性补偿无功和相应投资。
3.1.2 提高系统稳定性，增大输电能力。新型无功补偿装置具有快速的动态响应能力，且调节时间低于0.3秒，对突发短路、切机、短时超负荷运作等系统重大干扰具有缓冲作用，可以用于保持母线电压乃至提高端点的电压，大大提高了系统的稳定性。
3.1.3 抑制系统功率振荡。在系统间传输线路中，容易出现线路中电流剧增、短时超负荷工作等重大干扰，造成功率振荡，再加上系统阻尼弱，一旦出现振荡后便难以抑制。为了避免这种情况出现，往往采取被动减少系统传输线之间的传输功率来抑制系统功率的振荡。
3.2 在直流输电系统中的应用
在高压直流输电过程中有三个关键点需要加以解决：一是对补偿无功，整流站和送变站必须提供直流输送功率的50%～60%的补偿无功；二是调整电压；三是抑制过电压，把绝缘要求降低。以上问题可以通过可控电抗器配合使用电容组来解决。
3.3 在有冲击负荷的电力用户和变电站中的应用
3.3.1 抑制电压闪变。大功率无功冲击负荷的突出特点是周期变化短、速度变化快。常规的补偿装置难以达到要求，一般采用静止补偿器来补偿，因为它具有快速调节、抑制电压多变、提升电压质量的能力。据研究表明，可控电抗器可以把时间缩短到1个工频周期内，这样就为可控电抗器抑制电压闪变提供了良好的前提基础。
3.3.2 补偿用户无功，提高功率因数。由于可控电抗器与电容器的配合使用，使用电企业或用电户的功率因数得到大幅度提高，这样用户交纳电费不仅不受到惩罚，而且还可以得到相应奖励。
3.3.3 平衡负荷。可控电抗器作为新型的无功补偿装置，可以补偿负荷运转所消耗的无功功率，并消除运输过程中的不平衡负荷，使供电电压得到平衡化，大大提高了系统的安全性。
3.4 在谐振接地配电网中的应用
无功补偿装置有着可靠性高、响应速度快、谐波小等优点，对供电的可靠性具有一定的保障作用，而且在谐振接地配电网中，可根据负荷变化自动加以调节，使系统功率因数接近于1.0，从而快速准确地对单接地电流进行补偿。
4 结语
随着电力系统的广泛应用，电力系统无功率也得到广泛的研究与开发，人们对其质量和效益也提出了更大的需求。然而在现实研究与应用过程中，新型无功补偿装置仍然面临着局限性，目前，开发与应用的出发点仍然多限于用户的功率参数，而非积极立足于降低传输过程中的电网损耗。如果要实现有效的无功补偿，就必须通过无功潮流的计算来确定各线路的最佳补偿方式、最优补偿量，使有限的资金发挥到最大的效益。目前，国内外正在研制、开发一个新的先进的无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然还在研发试行阶段，还没形成商品化市场，但SVG优越的性能使其未来应用范围必将越来越广泛。
参考文献
[1] 顾和荣，陈秀君，杨丽君.新型PWM控制电抗器及其在无功补偿中应用[J].燕山大学学报，2009，28（6）：534-537.
[2] 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，1998.
[3] 李前，毛承雄，陆继明，李维波.磁调制器的建模与仿真研究[J].传感器技术，2005，24（2）：29-31.
[4] 粟时平，刘桂英.静止无功发生器及其微机控制技术[J].华东电力，2001，（2）：4-7.
作者简介：吴海良（1980-），男，浙江德清人，慈溪市供电局工程师，研究方向：变电检修。
（责任编辑：周 琼）