摘要
随着电力系统的发展，电力系统中如电动机、变压器等电气设备明显增多，其产生的无功功率也是越来越多，无功功率对电网产生的影响也日益显现出来。
本文分析了无功功率的产生机理和无功功率对电力系统造成的不利影响。无功功率对电网有着很大的影响，如增大输电线路中的电流，造成电能损失；电网节点电压偏移，使系统稳定度下降，同时还可能造成电气设备运行效率下降或使用寿命缩短等。同时，按照无功补偿技术的发展历程分析、比较了传统无功补偿装置和现代无功补偿装置，传统无功补偿装置包括电容器补偿装置和电抗器补偿装置，现代无功补偿装置有饱和电抗器、晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器和晶闸管控制变压器等，最终得出了适合不同补偿场合使用的补偿装置。同时，本文还分析、比较了各种无功补偿方式，主要有变电所集中补偿方式、低压集中补偿方式、杆上补偿方式、用户终端分散补偿方式等，最终确定了适用于不同供配电网络的补偿方式。通过分析某一配电网实例，选择恰当的无功补偿装置和合适的无功补偿方式对其进行无功补偿，并对无功补偿结果进行评价。
关键词：无功功率；无功补偿；无功补装置；无功补偿方式
Abstract
With the development of power system,more and more electrical equipments such as motors,transformers come into power system,reactive power is increasing dramatically,the impact of reactive power is also increasing.
The mechanism of where the reactive power comes from is analyzed in this thesis,as well as the harmful impact it makes to power system.Reactive power in power system has a great impact on power system such as increasing the amplitude of current in circuit,which make a contribution to energy losses,changing the voltage of a node,decreasing the stability of power system,and lowing the operational efficiency of an electrical equipment or shorting the service life of an electrical equipment.Traditional reactive power compensation devices such as capacitors and reactors and modern reactive power compensation devices such as saturated reactors,thyristor controlled reactors,thyristor switched capacitors and thyristor controlled transformers are analyzed and compared according to the development of the technology of reactive power compensation,and it comes out the conclusion that which kind of reactive power compensation devices to be used in a specific situation.At the same time,it also analyzes and compares different kinds of methods of reactive power compensation, including centralized compensate in substations,centralized compensate in distribution substations,reactive power compensation on poles,and compensation at the users’terminals, and finall
y finds out the best method of reactive power compensation in a specific distribution network.By analyzing a distribution network example,select the appropriate reactive power compensation device and reactive power compensation method to make a reactive power compensation,and then give a conclusion according to the result of reactive power compensation.
Key words：R eactive power，R eactive power compensation，R eactive powe
power r compensation device，R eactive power compensation method
目录
摘要......................................................................................................................II 1绪论 (1)
1.1课题背景与意义 (1)
1.2课题研究现状 (1)
1.3本课题的研究内容与目标 (3)
2无功功率及无功补偿 (4)
2.1无功功率 (4)
2.2无功补偿的原理、意义及技术要求 (5)
3无功补偿装置 (8)
3.1传统无功补偿装置的分析与选择 (8)
3.1.1电容器补偿装置 (8)
3.1.2电抗器补偿装置 (12)
3.1.3同步调相机 (14)
3.2现代无功补偿装置的分析与选择 (15)
3.2.1饱和电抗器型补偿装置 (15)
3.2.2静态无功补偿装置 (19)
3.2.3复合型无功补偿装置 (27)
3.2.4静止无功功率发生器 (33)
3.3各种补偿装置综合分析 (39)
4无功补偿方式 (41)
4.1无功补偿方式的分析 (41)
4.2不同补偿方式下的补偿容量的确定 (46)
4.3无功补偿方式的综合分析 (48)
5某铝厂供配电系统的无功补偿 (50)
5.1某铝厂负荷的基本情况 (50)
5.2该铝厂的无功补偿策略 (51)
结论 (56)
致谢 (57)
参考文献 (58)
1绪论
1.1课题背景与意义
近年来，随着我国电力工业的不断发展，电力系统对无功功率的需求不断增加，这些无功功率全部由发电厂提供显然是不现实的，也是不可行的，即使发电机可以提供足够的无功功率，无功功率在电网中长距离传输也是不可行的，因为，这将使电力传输的电流增大，进而使电力系统中传输电能的电气设备容量和尺寸增大，增加投资成本，同时，无功功率的流动还可能造成电压偏移，电网传输能力下降等不良影响。
在电网中进行无功补偿是解决上述问题的有效方法。无功补偿相当于在距离需要无功功率的电气设备较近的位置为其提供无功功率，这样就可以减少无功功率在电网中的流动，有效减少无功功率流动对电力系统造成的不利影响。因此，为了避免无功功率对电力系统造成的不利影响，在电网中进行无功补偿有着非常重要的意义。
1.2课题研究现状
将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法，在国内外获得了广泛的应用。并联电容器补
偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其补偿容量是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电动机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电动机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。
20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置所取代。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器型的。与同步调相机相比，饱和电抗器具有静止、响应速度快等优点；但其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。
电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管控制的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是，静止无功补偿装置（SVC—Static Var Compensator）成了专门使用晶闸管控制的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器（TCR—Thyristor Controlled Reactor）、晶闸管投切电容器（TSC—Thyristor Switched Capacitor）和晶闸管控制变压器（TCT—Thyristor Controlled Transformer）等。
静止无功发生器（SVG—Static Var Generation）是比静止无功补偿装置（SVC）更为先进的无功补偿
装置，依然利用电力电子技术实现无功补偿的目的，与SVC相比，SVG是将电力系统的电流相位进行变化，而不是单纯的容性无功与感性无功之间的相互抵消。
最近几年，EPRI还提出了统一潮流控制器（UPFC—Unified Power Flow Controller），它是将晶闸管环流器产生的交流电压电流串入并叠加在输电线相电压上，使其幅值和相角可连续变化，实现线路有功、无功功率的准确调节，从而提高输送能力以及阻尼系统震荡，其结构与SVG类似，区别是其输出变压器串联接入输电线。我国清华大学、电力科学研究院等单位都进行了这方面的研究和试验，并取得良好的效果。还有，近期开展的电力有源滤波器（APF—Active Power Filter）研究也取得很大进展，它是目前唯一能够全面动态补偿广义无功功率的补偿装置，理论上可以输出任意波形和相位的电压和电流，既能补偿谐波还能补偿三相不对称功率和基波正序无功功率。可以预见，这些将大功率电力电子技术运用于电力系统中的开发和探索将更加广泛，将进一步提高电网的输电能力与稳定性。
随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，静止无功补偿的发展趋势主要有以下几点：
（1）在城网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。
（2）快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，
可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法，如模糊控制等。
reactive to（3）目前，无功补偿技术还主要用于低压系统，高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制，是通过变压器降压接入的，如用于电气化铁道牵引变电所等，研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义，关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。
（4）由单一的无功功率补偿向具有滤波以及抑制谐波的功能的无功补偿装置的发展。随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波，研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段[1]。