電力系統(tǒng)中，除了有功功率，還有不對外做功的無功功率，它用來維持電路內(nèi)的電場與磁場，在電氣設(shè)備中建立和維持磁場。無功功率有感性和容性。電力網(wǎng)中的變壓器和電動機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，電感在一個(gè)周期內(nèi)吸收和釋放的功率相等，即為感性無功功率。把電容器接在交流電網(wǎng)中，它在一周期內(nèi)上半周吸收的和下半周釋放的電功率相等，這就是容性無功功率。在同一電路中若將電感與電容并接在一起，就能進(jìn)行功率補(bǔ)償，便能夠提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)輸送的無功電流。線路載流減少了，線損也隨之減少。

可見，無功功率補(bǔ)償技術(shù)對電力系統(tǒng)有著重要意義。對電力系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒o功功率補(bǔ)償，可以起到穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，提高功率因數(shù)，減小網(wǎng)絡(luò)有功功率的損耗，提高線路輸電能力，平衡三相功率的作用。

目前，無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械結(jié)構(gòu)到電力電子器件的跨越，并且伴隨著電力電子器件的制造水平迅速發(fā)展。具體來說，主要經(jīng)歷了從同步調(diào)相機(jī)→開關(guān)投切固定電容→靜止無功補(bǔ)償器(SVC)→靜止無功發(fā)生器SVG(STATCOM)的幾個(gè)不同階段。

圖表1：無功補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展階段


不過，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，尤其是工業(yè)水平日益提高，大量的大型用電設(shè)備已經(jīng)投入使用，對電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，以國內(nèi)現(xiàn)有的無功補(bǔ)償技術(shù)無法滿足用戶的需求，具體表現(xiàn)如下：

圖表2：無功補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀


現(xiàn)階段，常用的無功補(bǔ)償裝置主要有發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及無功發(fā)生器等。國內(nèi)無功補(bǔ)償裝置中電容器占大部分比重，同步調(diào)相機(jī)則較少，而無功靜止補(bǔ)償器占更少的比重。

圖表3：常見的無功補(bǔ)償裝置


總體而言，國內(nèi)無功補(bǔ)償市場發(fā)展極其迅猛，市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長態(tài)勢，2016年我國無功補(bǔ)償規(guī)模已近500億元，并呈現(xiàn)出三大特點(diǎn)，即產(chǎn)銷規(guī)模逐步擴(kuò)大、節(jié)能減排提供機(jī)遇、受益于“中國制造”升級，未來發(fā)展可期。

圖表4：2010-2017年中國無功補(bǔ)償裝置市場規(guī)模(單位：億元，%)


無功補(bǔ)償裝置行業(yè)未來趨勢

首先，無功補(bǔ)償能夠有效提高電力系統(tǒng)中電能的利用率，降低損耗。因此，要加強(qiáng)對無功補(bǔ)償裝置的研究，不斷提高無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，開發(fā)研究出新型的無功補(bǔ)償裝置，使無功補(bǔ)償裝置更容易用機(jī)器準(zhǔn)確操控，補(bǔ)償特性更好，能耗也更少。

其次，控制器和測試儀一體化。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試儀，因此提出了無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測試儀的一體化的問題。

第三，增強(qiáng)監(jiān)測系統(tǒng)的速度與準(zhǔn)確性。為了能快速準(zhǔn)確地檢測系統(tǒng)的無功參數(shù)，提高動態(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)荷波動較頻繁的場合)。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。

第四，將無功補(bǔ)償技術(shù)用于高壓系統(tǒng)領(lǐng)域。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。

第五，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。