前面幾篇文章，我們從無功功率和功率因數的概念出發，講到提高功率因數不僅可以降低線路和變壓器損耗、提高設備可用容量，還可以防止被懲罰力調電費。 而對于一向被忽視的力調電費，我們也援引幾個案例，說明其不被重視可能導致的危害。 既然需要提高功率因數，那么就要做好無功補償，今天我們來談下無功補償的幾種方式。

(來源：微信公眾號“黃師傅說電”)

補償不是消滅

無功的存在不是無用也不是廢物，僅僅是對能量的轉化無用，但其對維持電磁場的能量交換至關重要，可以說沒有無功功率，設備也就無法正常運行。 所以在具體的設備支路，無功功率是一直存在的，且不能被消除的。 而我們所謂的無功補償是在與該設備相同電氣連接點處，并聯接入無功補償設備，由其向該設備提供所需的無功。 那么設備運行所需要的無功不再由上一級的電力系統提供。 與分布式光伏發電自發自用的電量類似，在本級可以抵消掉就不用上級再提供。 所以無功可以被補償，但不會被消滅。

上圖為一簡化的用戶內部供配電系統，若無B支路無功補償設備不工作，則C支路的用電設備所需的有功P用和無功Q用都將來自上級系統。 而當無功補償設備工作后，其提供用電設備所需的全部或者大部分無功，則相應主線路供應的無功降低。 所以，C支路的無功功率依然存在，并沒有被消滅，只是被臨近的B支路提供，而相對來說，在主線路也就是B、C支路之前更接近于大電網系統的點位看，無功供應降低，即視為無功補償。 可見，所謂的無功補償，就是找一個“無功源”，讓其來提供設備運行所需要的無功功率，這個源可以來自電源，也可以來自一些專門的補償設備。

發電機和調相機

發電機作為電源，即可發出有功功率也可以發出無功功率。 當發電機向電網同時發送有功功率和無功功率時，稱之為遲相運行，這也是發電機組運行的常態。 向電網輸送有功功率好理解，而其輸送無功的無功功率是為了滿足感性負載的需要，畢竟在整個電力系統的用電側，感性負荷遠多于容性負荷。 當發電機組向電網發送有功功率但吸收無功功率時，稱之為進相運行。 而當發電機組不向電網發出有功功率，而僅僅是提供無功功率時，稱之為調相運行。 只要發單機組有無功功率的發出或者吸收，則意味著其運行在非單位功率因數，而我們已經知道功率因數與可利用容量有關。 為了發出無功或者吸收無功讓發電機組騰出一部分容量來輸出無功，勢必會降低自身有功的份額，而發出的有功電量才被計量為上網電價，獲得發電收益。 所以一般發電機組并不會過多承擔無功，而是配置調相機來完成無功的輸出，這一點和大型光伏電站有些類似，光伏組件和逆變器構成了發電機，而配置的SVG類似調相機的功能，承擔無功的作用。 無需過多深究上述內容，但要知道不論是發電機還是調相機，其負責無功功率都是需要電機的旋轉，而這也是為何在用戶側的一些無功補償設備都以“靜止”這兩個字開頭。

SVC，TCR和TSC

靜止無功補償器SVC(Static Var Compensators)是一種應用于電力系統中，用于動態調節系統無功功率，從而改善電壓穩定性和提高電力系統的傳輸效率的裝置。 SVC多利用在用戶側，而其之所以叫做靜止，對應的并不是“動態”，而是“旋轉”。 區別于前述的發電機和調相機都要通過自身的旋轉來提供無功，顯然SVC要安靜的多，所以被叫做靜止。 簡單來說，SVC的工作原理基于可控硅(thyristor)的開關操作來調節其連接的電抗器(reactor)或電容器(capacitor)的有效電抗值，從而動態地提供或吸收無功功率。 而基于此技術，有兩類主要的SVC設備，一個是TCR，一個是TSC。 可控硅開關電抗器(TCR, Thyristor-Controlled Reactor)：TCR通過調節可控硅的導通角來改變電流的相位，從而調節流過電抗器的電流大小，實現無功功率的動態調整。 TCR主要用于吸收無功功率，幫助提升低電壓或抑制過高電壓，其可在連接的電抗器額定感抗下提供連續動態調整的無功功率。 如果簡單說，TCR適用于那些容性符合較多的用戶，用自身可調節的感抗來無補償負荷的容抗。

TCR結構圖TSC結構圖可控硅開關電容器(TSC, Thyristor-Switched Capacitor)：與TCR相對應，TSC通過可控硅的開關操作來連接或斷開電容器組，從而在電網中補償或吸收無功功率。 TSC是大部分用電企業在配電室里的標配，其通過晶閘管來控制電容器的投切，但是電容器要么整組投入，要么整組切除，雖然其可以根據當前負荷的情況進行動態調整，但每次投入的補償量卻是固定值，受電容器組的容量限制。 所以可以說TSC依然是依靠投切電容器組進行無功補償，但是不同容抗的電容器可以配置多組，而且可以按角接(三相全投全切)或者星接(可單相投切)與線路連接。

SVG

為了繼續優化無功補償，實現連續可調，又出現了新的靜止型無功補償設備SVG。 靜止無功發生器(SVG)，與傳統的靜止無功補償器(SVC)相比，提供了更為精確和快速的無功功率調節能力，能夠有效地提高電力系統的電壓穩定性和運行效率。 SVG通過使用全控型半導體器件(如IGBT)來直接控制無功功率的生成或吸收，無需通過改變電抗器或電容器的物理連接狀態。 SVG可以在極短的時間內(通常為毫秒級)對電網的無功需求作出響應，實現從滿負荷吸收無功到滿負荷輸出無功的快速切換。 簡單講，TSC只能按固定值進行無功補償，而SVG可實現額定容量下的任意數值補償。 當然，二者也可以結合自身優勢，形成組合補償。用TSC充當基礎補償，再用SVG進行差額的補充，這樣可以把造價成本降下來，還可以實現連續可調。 當年黃師傅在電網的時候做過一個科技項目與之有關，當時系統原理圖如下：

信號采集

用戶側的補償設備大致都集中在TCR(提供連續容性無功)，TSC(提供固定感性無功)，SVG(提供連續容/感性無功)，而且后兩者尤為常見。 但不論哪種設備，其運行都要通過內部的控制器。 在用戶側，控制器通過對變壓器低壓主進線處的電壓和電流信號進行采樣，計算出當前的無功需量和功率因數，再根據內置的補償算法來控制晶閘管或者IGBT的通斷，進行達到無功補償的目的。 這個低壓一般是相對的低壓，比如用戶10kV進線，那么無功補償就在0.4kV側;如果是更高電壓等級入戶，那么進行分級補償，主補償依然在主變壓器的副邊電壓等級，同時各配電變壓器的低壓0.4kV側依然配置就地補償裝置。 我們不用去深究具體的補償算法，但要清楚的是設備采集信號的位置，變壓器低壓主進線處的電壓和電流信號，如圖：

因為無功補償的目的就是要將上一級的功率因數維持好，而0.4kV的上一級是10kV，從高壓側采集信號比較麻煩，而變壓器低壓主進線和高壓側相差僅為變壓器的損耗，所以采集低壓側比較方便且易于整套柜體的集成。 之所以強調這一點是因為很多分布式項目都在頭疼于造成了用戶計量點功率因數的降低，進而造成了不菲的力調電費。 而很多原有且好用的無功補償設備因為光伏的加入頓時變得無所適從，像喪失了功能一樣，原因就在于控制器采集的電壓和電流信號處因為系統潮流的變化而產生了一些變化。 接下來的文章，我們就著重談一下這些現象產生的原因，并對一些當下的解決方案提供一些不一樣的視角。

劃重點

無功補償不是消滅無功功率，而是通過同級無功補償設備的投入來滿足用電設備的無功需求，最終使得上一級系統提供的無功功率降低，功率因數提高。

發電側的發電機和調相機通過旋轉的方式提供無功功率，這也是為何用戶側無功補償設備被冠以“靜止”的原因。

SVC靜止無功補償器可提供連續可調的容性無功或者固定補償但動態可調整的感性無功。

SVG靜止無功發生器可提供連續可調的容性和感性無功，且與SVC設備可配合使用。

用戶側無功補償設備內部控制器采集的電氣信號來自于變壓器副邊低壓側主進線處。