信息來源：中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng) 無功功率補(bǔ)償是保持電網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行的一種主要手段，也是當(dāng)今電氣自動(dòng)化技術(shù)及電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大課題，正在受到越來越多的關(guān)注。
電網(wǎng)中無功不平衡主要有兩方面的原因：一方面是輸送部門傳送的三相電的質(zhì)量不高，一方面是用戶的電氣性能不夠好。這兩方面的原因綜合起來導(dǎo)致了無功的大量存在。在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最重要的指標(biāo)。為確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關(guān)，而電壓控制的重要方法之一就是對(duì)電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制。
靜止無功補(bǔ)償?shù)臍v史
將電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法，在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，要求對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，從而產(chǎn)生了同步調(diào)相機(jī)。它是專門用來產(chǎn)生無功功率的同步電動(dòng)機(jī)，在過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁的情況下，能夠分別發(fā)出不同大小的容性或感性無功功率。由于它是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊蟆?/p>
20世紀(jì)70年代以來，同步調(diào)相機(jī)開始逐漸補(bǔ)靜止無功補(bǔ)償裝置所取代。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器型的。飽和電抗器比之同步調(diào)相機(jī)具有靜止、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其鐵心需磁化到飽和狀態(tài)，因而損耗和噪聲還是很大，而且存在非線性電路的一些特殊問題，又不能分相調(diào)節(jié)以補(bǔ)償負(fù)荷的不平衡，所以未能占據(jù)主流。
電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了無功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)，并逐漸占據(jù)了靜止無功補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位，于是靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）成了專門使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置。靜止無功補(bǔ)償裝置主要包括晶閘管摧投切電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）�，F(xiàn)就在農(nóng)網(wǎng)改造中應(yīng)用最廣泛的TSC技術(shù)性能做一下介紹。
晶閘管投切電容器（TSC）
控制方式
根據(jù)控制物理量的不同可分為功率因數(shù)控制、無功功率控制和多參量綜合控制。功率因數(shù)控制是指根據(jù)預(yù)先設(shè)定的整定功率因數(shù)cosφ，由檢測(cè)到的電網(wǎng)實(shí)際功率因數(shù)控制所需的補(bǔ)償電容容量。電容器組投入后，只有當(dāng)cosφmin＜cosφ0＜cosφmax，且電壓不超過允許值時(shí)，能運(yùn)行于穩(wěn)定區(qū)。無功功率控制是指根據(jù)測(cè)得的電壓、電流和功率因數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出應(yīng)該投入的電容容量，然后在電容組合方式中選出一種最接近但又不會(huì)過補(bǔ)償?shù)慕M合方式，電容器投切一次到位。如果計(jì)算值小于最小一組電容器的容量（下限值），則應(yīng)保持補(bǔ)償狀態(tài)不變。只有當(dāng)所需容量大于或等于下限值時(shí)，才執(zhí)行要相應(yīng)的投切。從控制策略來看，采用功率因數(shù)控制直接明了，但輕載時(shí)容易產(chǎn)生投切震蕩，重載時(shí)又不易達(dá)到充分補(bǔ)償；而采用無功功率控制，由于檢測(cè)和控制目標(biāo)都是同一物理量，技術(shù)上合理，但檢測(cè)難度稍大。但僅根據(jù)某一物理量進(jìn)行控制都有其不足，現(xiàn)階段廣泛采用多參量綜合控制，即以功率因數(shù)控制為基礎(chǔ)，以無功功率控制避免投切振蕩，電網(wǎng)電壓上限值和負(fù)載電流下限值作為控制電容器組投切的約束條件，實(shí)現(xiàn)電容器組的智能綜合控制。高效率微處理芯片的使用為實(shí)現(xiàn)多變量綜合控制提供了可能性。比較合理的補(bǔ)償應(yīng)做到最大限度地利用補(bǔ)償設(shè)備提高電網(wǎng)的功率因數(shù)、不發(fā)生過補(bǔ)償、無投切振蕩和無沖擊投切。
投切方式
20世紀(jì)70年代的補(bǔ)償柜都是采用機(jī)械式交流接觸器，至今仍有沿用。但由于接觸器三相觸頭不能分別進(jìn)行控制，要通則幾乎一起接通，要斷則幾乎一起斷開，無法選擇最合適相位角投入和切除電容，這樣會(huì)產(chǎn)生不同的沖擊電流。由于沖擊電流大，限制了一次投入的電容值，不得不把一次投入的電容值化整為零，分幾次投入，這將降低補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性和減慢響應(yīng)的速度，而且常會(huì)引起接觸器觸頭燒焊現(xiàn)象，使接觸器斷不開，影響正常工作，實(shí)際使用時(shí)不得不對(duì)觸頭經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和更換，這影響了整個(gè)裝置工作的可靠性和工作壽命，也降低了工作的準(zhǔn)確性和動(dòng)作響應(yīng)速度。
現(xiàn)在普遍采用單片機(jī)控制大功率晶閘管來投切電容，由于具有過零檢測(cè)、過零觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)速度快，合閘涌流小，無操作過電壓，無電弧重燃，從而基本上解決了以往投切時(shí)交流接觸器經(jīng)常拉弧至于燒結(jié)而損壞的不良情況。開關(guān)器件可選擇晶閘管和二極管反并聯(lián)，也可選擇兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)方式。采用晶閘管與二極管反并聯(lián)方式，只要電容器在電源峰值時(shí)投入，晶閘管在電流過零時(shí)自動(dòng)切斷，無論電容器的投或切，都不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流和過電壓，控制簡(jiǎn)便，電容器無需放電即可重新投入，從而實(shí)現(xiàn)電容器的頻繁投切，但晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓峰值的兩倍。而采取兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)方式，在晶閘管關(guān)斷時(shí)，如果電容器殘壓能迅速放掉，那晶閘管所承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值。兩種方式相比，晶閘管反并聯(lián)方式可靠性更高，即使損壞一個(gè)晶閘管，也不會(huì)導(dǎo)致電容器誤投入，響應(yīng)速度也比晶閘管和二極管反并聯(lián)方式快，但投資較大，控制更復(fù)雜。
補(bǔ)償策略
目前可分為三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)兩種。三相共補(bǔ)是根據(jù)三相總的無功需求來投切電容器組，電容器接法為三角形。三相分補(bǔ)則是根據(jù)每相各自的無功需求投切電容器組，電容器接法為星形。
三相共補(bǔ)廣泛采用兩組晶閘管作為控制器件。為了提高運(yùn)行的可靠性，防止電容器和晶閘管損壞，晶閘管投入時(shí)必須要有過零檢測(cè)，即只有當(dāng)晶閘管兩端的電壓等于零時(shí)晶閘管才導(dǎo)通。實(shí)際上電壓絕對(duì)過零很難做到，會(huì)存在電流的暫態(tài)過程，但只要線路電參數(shù)配合合理，這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，并很快過渡到穩(wěn)定狀態(tài)。值得注意的是，當(dāng)晶閘管切除后，晶閘管和電容器均存在著很高的殘壓，這對(duì)晶閘管和電容器的耐壓也提出了更高的要求。如果器件選擇不當(dāng)或保護(hù)不夠，常常會(huì)造成晶閘管和電容器燒毀。三相共補(bǔ)適用于三相負(fù)載較平衡的場(chǎng)合，三相分補(bǔ)對(duì)于三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合則能做到真正的三相無功平衡。把三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)相結(jié)合，便實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償綜合方案—混補(bǔ)，可以用于任何負(fù)載。先在三角形接法的電容器組中選擇三相共同需要的補(bǔ)償容量，進(jìn)行共補(bǔ)，然后在星形接法的電容器組合中選擇單相電容器補(bǔ)償剩余不平衡狀況，既避免了過補(bǔ)或欠補(bǔ)現(xiàn)象的出現(xiàn)，又節(jié)省了補(bǔ)償電容的容量，降低了成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)展趨勢(shì)
隨著電力電子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響，靜止無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
（1）在城網(wǎng)改造中，運(yùn)行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀，因此提出了無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀的一體化的問題。
（2）快速準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的無功參數(shù)，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況（如大的沖擊負(fù)荷或負(fù)荷波動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合）。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，可以在無功補(bǔ)償中引入一些先進(jìn)的控制方法，如模糊控制等。
（3）目前無功補(bǔ)償技術(shù)還主要用于低壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)由于受到晶閘管耐壓水平的限制，是通過變壓器接入的，如用于電氣化鐵道牽引變電所等。研制高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置則具有重要意義，關(guān)鍵問題是要解決補(bǔ)償裝置晶閘管和二極管的耐壓，即多個(gè)晶閘管元件串聯(lián)及均壓、觸發(fā)控制的同步性等。
（4）由單一的無功功率補(bǔ)償?shù)骄哂袨V波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負(fù)荷中含有大量諧波。研制開發(fā)兼有無功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段。
