無功功率的補償與平衡

雷亮++高原

摘 要：電力系統(tǒng)運行電壓與無功功率的分布和平衡密切相關(guān)，在額定電壓附近，無功功率隨電壓上升而增加，隨電壓下降而減小。如果系統(tǒng)存在擾動，系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)無功功率缺額，會導(dǎo)致電壓小于臨界電壓值，最后造成電力系統(tǒng)崩潰。所以，關(guān)于系統(tǒng)的無功功率與電壓的控制，將會成為電力系統(tǒng)中重要任務(wù)。通過改變帶負荷調(diào)壓變壓器分接頭的檔位、配置合理的無功補償設(shè)備等措施，控制各無功電源之間的分配，減少有功功率損耗和電壓損耗，降低網(wǎng)絡(luò)運行所需要的費用，從而提高供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；無功功率；電壓；設(shè)備

中圖分類號：TM714.3 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0100-02

引言

在現(xiàn)代電力市場運行中，供電企業(yè)的基本目標(biāo)是安全、可靠、穩(wěn)定地向電力用戶提供高質(zhì)量的能源。電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，各類電氣設(shè)備只有在額定電壓下才能正常工作，電壓過高容易損毀設(shè)備，電壓過低則輸出功率過低，無法滿足正常使用。電壓質(zhì)量的好壞不僅影響著電氣設(shè)備的安全與使用，還影響著整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)、生產(chǎn)生活的安全穩(wěn)定等諸多方面。因此，保證良好的電能質(zhì)量、降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗具有十分重要的經(jīng)濟意義。

在電力系統(tǒng)中，有功功率的平衡影響系統(tǒng)頻率的波動，無功功率的變化則與電壓的波動密切相關(guān)。電力系統(tǒng)運行的主要任務(wù)是傳輸有功功率，而有功功率的傳輸需要消耗一定的無功功率，沒有無功功率的話，變壓器、電動機等設(shè)備就沒法建立磁場，這些設(shè)備也就沒法工作，有功功率也就無從談起。電力系統(tǒng)要求：系統(tǒng)中的無功設(shè)備發(fā)出的無功功率必須滿足系統(tǒng)自身的無功損耗和負荷的無功功率需求。隨著經(jīng)濟的快速增長，電力系統(tǒng)供電電壓的質(zhì)量必須緊跟整個社會的需求，不斷提升電壓穩(wěn)定性，降低電壓波動，而無功功率的平衡密切影響電壓質(zhì)量，是造成電壓波動的重要因素之一。因此， 研究無功功率的補償與平衡，改善電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，是供電企業(yè)不可忽視、極其重要的研究課題。

1 無功功率與電壓的關(guān)系

電力系統(tǒng)的電壓水平改善可以依靠系統(tǒng)內(nèi)部的無功電源補償與平衡實現(xiàn)。在無功需求比較大的地區(qū)，臨近變電站配置足量的無功電源，實現(xiàn)無功功率的就地補償，避免無功功率的遠距離傳輸，則可以很好地保持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)電壓的高水平運行。反之，假如無功設(shè)備配備不夠，則無功功率補償不足，電網(wǎng)電壓容易出現(xiàn)較大波動，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。因此，在電力系統(tǒng)中必須裝設(shè)足量的無功設(shè)備，實現(xiàn)無功功率的平衡穩(wěn)定，保證電網(wǎng)電壓的高質(zhì)量運行。

向電力用戶提供穩(wěn)定可靠的電壓質(zhì)量是電力企業(yè)的主要任務(wù)之一， 就必須要依照國家法律法規(guī)，保證供電電壓的偏移和波動都在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。無功功率是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，維持電力網(wǎng)的電壓水平， 與無功功率的平衡之間關(guān)系密切。無功功率在電力系統(tǒng)內(nèi)部傳輸時，會產(chǎn)生一定的有功功率損耗和電壓降落，使得負荷側(cè)的電壓偏移。如果電力系統(tǒng)中無功設(shè)備無法滿足無功功率的需求時，就應(yīng)對電力系統(tǒng)運行電壓進行調(diào)整。如果輸電線路首端電壓不變，無功功率經(jīng)過各級輸變電設(shè)備長距離輸送，將使得沿線路各節(jié)點的電壓下降，電壓損耗增加。因此，應(yīng)實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的無功功率平衡和各區(qū)域的無功功率平衡，減少因大量無功傳輸而增加的有功功率和電壓損耗，電力系統(tǒng)應(yīng)盡量做到無功就地平衡。

無功負荷在時間上的差異變化以及無功潮流在電網(wǎng)上傳輸?shù)母淖儯菍?dǎo)致電力系統(tǒng)電壓波動的主要原因之一。所以，電力系統(tǒng)必須配備足夠的無功補償設(shè)備和調(diào)壓裝置， 可以消除此種原因引起的電壓波動和偏移， 避免嚴重的低電壓或高電壓運行狀態(tài)。

2 無功功率與線損的關(guān)系

當(dāng)電力系統(tǒng)傳輸電能時，網(wǎng)絡(luò)電阻會導(dǎo)致?lián)p耗，無論是有功功率還是無功功率在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸，都會造成線路上的有功功率損耗。有功功率損耗的多少與網(wǎng)絡(luò)電阻的阻值大小成正相關(guān)，即線路阻值越大，損耗越大。如果某一電網(wǎng)的有功傳輸固定， 則電網(wǎng)中的有功損耗與傳輸?shù)臒o功多少也是成正相關(guān)，減少無功功率在線路上的傳輸，可以有效地降低電網(wǎng)的有功功率損耗。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已定，輸送的有功功率一定時，無功功率的變化嚴重影響系統(tǒng)中總的功率損耗。所以， 要盡可能減少無功功率在線路上的遠距離傳輸，實現(xiàn)無功功率的就地平衡， 可以明顯地降低電網(wǎng)線損。

3 無功功率與諧波的關(guān)系

電力系統(tǒng)負荷在消耗電能的同時也產(chǎn)生諸多諧波，這些諧波回傳至電力系統(tǒng)中，在電網(wǎng)上傳輸會引起電壓波動， 短時間內(nèi)造成電壓峰值的劇烈變化，嚴重影響電網(wǎng)的安全運行。產(chǎn)生諧波的裝置大多是消耗基波無功的裝置，補償諧波的裝置通常也是補償基波無功的裝置。因此，無功功率控制與諧波有密切的關(guān)系。限制諧波較全面的技術(shù)措施就是分析系統(tǒng)中諧波源所在，研究諧波類型和頻率，就近安裝諧波消除設(shè)備，就地削弱諧波，避免諧波往電力系統(tǒng)更遠處傳播。無功補償裝置會局部地影響到電力系統(tǒng)的諧振頻率，在配置無功補償裝置時，電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡量避免諧波共振的發(fā)生。

4 無功功率的平衡與補償

綜上所述，電力系統(tǒng)在運行中必須配備足夠的無功補償裝置，利用這些裝置的無功平衡，就能夠很好地改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少線路功率損耗，改善三相不平衡運行，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和輸電能力。同時，系統(tǒng)中需要保持足夠的無功電源備用，避免系統(tǒng)跳線或者因事故切除部分無功電源，致使系統(tǒng)無功潮流波動，造成系統(tǒng)電壓劇烈變化。電力系統(tǒng)無功補償?shù)闹饕O(shè)備包括同步調(diào)相機、電力電容器和靜止補償器等。系統(tǒng)中分散的、小容量的無功補償可以利用電力電容器，大容量的無功電源配置則通常采用同步調(diào)相機或者靜止補償器。

4.1 同步調(diào)相機endprint