无功补偿技术文献综述
苏雯
（1. 武汉工业大学电气自动化学院，湖北省武汉市430068）
摘要：电网中无功功率的影响很大，它不仅使电网电压下降，影响电压的稳定性，还会使输、配电线路上的有功功率和电能损耗增加，造成大量的电能浪费。因此对系统进行无功补偿，减少输电线路上的无功电流，使系统无功达到平衡一直是电力部门研究的重点之一。本文讲述了无功功率补偿技术的研究目的和意义，介绍了无功功率补偿技术的研究现状和发展方向，并对不同时期的无功功率补偿装置做了各方面的比较。
关键词：无功功率补偿；静止无功补偿器；静止同步补偿器
中图分类号：TM727.2
随着我国经济的迅猛发展，全国大、小企业的增多，居民生活质量的不断提高和家用电器的普及，对电能质量的要求日益增高，电网的经济运行越来越受到大家的重视。节能降耗、提高电能质量和电力系统的稳定性与经济性是电力系统高效运行所面临的重要问题，也是当今对电能质量研究的主要内容之一。对无功功率进行合理的补偿是改善电能质量，抑制系统振荡，提高系统稳定性的一个比较简单、快捷、有效的方法。
1 无功功率补偿技术研究的背景和意义
在电网传输有功功率的同时，也需要无功功率来建立和维持电气设备中的交变磁场，完成电能与磁能之间的转换。无功功率虽然不对外做功，但是它支撑着电网电压，提供电源与用电负荷之间电压降落所需要的势能。不仅大部分的网络元件需要消耗无功功率，而且大多数的用电负荷也要消耗无功功率。例如大量感应式电动机、变压器、电风扇、空调、冰箱等。电动机需要从电网中吸收无功功率来维持和建立其正常运行时的旋转磁场；变压器需要从电网中吸收无功功率来建立和维持交变磁场，这样二次绕组才能感应出电压。除此之外，电力电子装置等非线性装置的大量运用也会消耗一部分无功功率[1]。如果这些设备所需要的无功功率全部由发电机产生并通过输电线路长距离输送，这是不合理的，通常情况下也是不太可能实现的。一个合理的方法是在消耗无功功率的地方装设产生无功功率的装置，这就是所谓的无功功率补偿。
在工业生活的用电负载中，感性负载占的比例很大。例如：异步电动机、变压器等都是典型的感性负载。这些电气设备是根据电磁感应原理工作的，它们之间都是依靠建立交变磁场才能进行能量的传递和转换。为了建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占的比例很大。据有关统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电机的无功消耗了占60%~70%。普通异步电机的功率因数为0.4到0.8，直流电动机的功率因数大约在0.35到0.7。除此之外电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，也要消耗大量的无功功率[2]。
虽然无功功率不是直接对外做功，但是无功功率在用电负荷与电网之间的交换会引起发电、输电设备上的电压亏损，造成发电机的出力下降，使输配电设备的效率降低，因而对发电、输电与配电这3个方面都有不良影响，具体表现在[1]：
1)无功功率对电压的影响。电力系统能否正常运行取决于电压水平的高低，同时电压是衡量电能质量的标准之一，所以电压的稳定对工农业安全生产和正常运行及居民安全生活起着极其重要的作用。用于工农业生产及居民生活的用电设备都是按照额定电压来设计和制造的，这些设备只有在额定电压下才能处于最佳的运行状态。电压高于或者低于所规定的范围（高出额定电压的5%～低出额定电压的10%之内），都将会对设备产生不良的影响。无功功率与电压水平之间存在密切的联系，当系统无功功率充足的时候，系统就能在较高质量的电压水平下运行；当系统无功功率不足的时候，系统就只能有较低质量的电压运行水平下工作，设备不能在额定电压下正常工作，长期下去将严重影响设备的使用安全和使用寿命。所以维持无功功率的平衡直接影响电力系统的电压质量。
2)无功功率对有功功率的影响。输电线路在输送有功功率的同时也要输送无功功率来维持系统电压平衡。在有功功率一定的情况下，输送的无功功率越多，功率因数越低，有功功率损耗就越多；在输电线路输送能力一定的情况下，输送的无功功率越多，输送的有功功率就越少。
3)无功功率对网损的影响。电网输送有功功率和无功功率时，在输电线路上都将会产生一定的损耗，当输送的有功功率一定的情况下，输送的无功功率增加，输电线路上的无功电流增大，功率损耗也就越大，这个时候线路上的损耗完全取决于无功功率的大小，所以无功功率不适合长距离输送。
因此，无功功率补偿对改善电能质量，稳定系统电压意义重大。补偿无功功率的主要作用是稳定系统电压，提高供电质量；增大功率因数，减少发、输、配电的设备容量，提高发电设备的运行效率；减少输电线路上的电能损耗，增大输电线路的输送能力。同时对无功功率进行补偿还能减少用户电费的支出，国家为了鼓励用电客户提高功率因数，规定利用功率因数调整电费的措施。当用电客户月平均功率因数高于标准时，以减少电费的方式进行鼓励。反之，当功率因数低于标准时，以增加电费的方式进行惩罚[3]。
当前，我国的电力线损结构为220kV、110kV，35kV、10kV和0.4kV三个等级。线损的比例大致为1：1.5：2.5，可见降损的主要潜力就在10kV及以下配电网络上。我国的无功补偿方式大致可分为高压补偿和低压补偿，高压补偿一般是在变电所高压侧安装无功补偿装置，只能对补偿点前端进行补偿，对补偿点后端的输电线路和用电负荷没有补偿效果；低压补偿是直接对输电线路和用电负荷进行补偿，效果比较理想，又由于低压配电建设滞后，网架薄弱、设施老化、线路长、线径小，配电变压器大部份为高能耗变压器，所以当前大力提倡以高压补偿为辅，以低压补偿为主的方针。
在有功功率保持一定的前提下，线路功率因数越小，在线路上流过电流就越大，导致在线路上的压降以及损耗就越大。在严重情况下会导致用户端电能质量恶化，电压波动大。因此在电网中安装并联电容器可以供给感性负载消耗的部分无功功率。并联电容器补偿简单经济，灵活方便。实现无功功率补偿，提高功率因数对电力系统运行有重要的意义，它主要体现在[4]：
（1）提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
（2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量，在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
（3）在一些三相不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
但当今电力系统中存在着大量的如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等无功功率频繁变化的设备，这就要求补充装置能够根据负载的变化进行动态补偿[4]。而并联电容器只能补偿固定
