解析采用無功補償裝置有效提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量的技術(shù)

龍世云

摘要：無功補償裝置的使用能夠降低電力線路的線損、保證電力系統(tǒng)無功功率平衡、提高供電的質(zhì)量。當前無功補償裝置在電網(wǎng)中的使用越來越廣泛，并且發(fā)揮了重大的作用，提高了整個電力系統(tǒng)的運行效率，為工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)質(zhì)的電能。本文從無功補償原理出發(fā)，對無功補償裝置的使用原則進行了分析，并對利用無功補償裝置提高電能質(zhì)量進行了分析。

關(guān)鍵詞：無功補償裝置；提高；配電網(wǎng)；電能質(zhì)量

引言

當前，我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)也取得了迅速的發(fā)展。在工業(yè)的生產(chǎn)中會用到很多的電能，但是電網(wǎng)中的非線性、沖擊性用電負荷的大量使用，給電能的質(zhì)量造成了嚴重的影響，比如電壓波動與閃變、電壓發(fā)生畸變、諧波污染、三相不平衡等問題，嚴重影響了電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性和可靠性，影響了供電的質(zhì)量，對企業(yè)的經(jīng)濟利益造成嚴重影響。而使用無功補償裝置就能有效減少無功功率的遠距離輸送，保證電能的質(zhì)量、降低電力系統(tǒng)的電能損耗，使電網(wǎng)安全、可靠運行。

1無功補償裝置工作原理

1.1并聯(lián)電容器

假設(shè)負荷由電阻和電感串聯(lián)組成，對負荷進行無功補償?shù)碾娐穲D如圖1所示。在電容器未投入使用時，電源的功率因數(shù)為：

當電容器投入后，電源功率因數(shù)為：

由上式可知，電容器并聯(lián)補償提高了功率因數(shù)，當時，電壓U的相位就會超前于I，此時為欠補償狀態(tài)，其向量圖如圖2所示；當時，電壓U相位滯后于I，為過補償，向量圖如圖3所示。

1.2靜止無功補償器（SVC）

靜止無功補償器通過改變晶閘管的觸發(fā)延遲角（90°～180°）和投切的電容器個數(shù)來實現(xiàn)無功功率連續(xù)、平滑動態(tài)的調(diào)節(jié)。它可以提高線路輸送能力、避免電壓振蕩、減少通信干擾、改善系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、削弱電壓閃變。靜止無功補償器有各種不同的組成形式，有TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC等。其中，TCR為晶閘管投切電抗器、TSC為晶閘管投切電容器、FC為晶閘管投切電抗器+固定電容，這里以TCR+FC型靜止無功補償器為例進行分析。

TCR由兩個晶閘管反向并聯(lián)后再和電抗器串聯(lián)構(gòu)成，TCR一般接成三角形以避免3的整數(shù)倍次諧波流入電網(wǎng)。TCR可等效為電感，通過調(diào)節(jié)晶閘管的控制角α實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)功率的輸出。α不同，穩(wěn)態(tài)電流的波形也不同。當α=90°時，電抗器兩端電壓的相位超前于電流90度，TCR為純感性阻抗，電流波形為正弦波，晶閘管全部導通，由于α在0～90°范圍內(nèi)時電流會存在直流分量，所以應(yīng)避免觸發(fā)角為0～90°，當α在90～180°范圍內(nèi)時，晶閘管部分導通，通過改變θ來改變等效電抗值。如果晶閘管控制角是α，則α=2（90°-θ），當晶閘管的導通角減小時，電感中流過電流的基波分量會隨之減小，基波無功功率會降低。

1.3靜止無功發(fā)生器

靜止無功發(fā)生器與其他無功補償裝置相比性能更優(yōu)，并且無功補償范圍廣、響應(yīng)速度快，即使電壓降低，其無功補償能力也不會降低。靜止無功發(fā)生器由電壓源型逆變器和交流側(cè)連接的電抗器或變壓器構(gòu)成，其主要通過改變逆變器的輸入電壓實現(xiàn)對靜止無功發(fā)生器的控制。逆變器主要作用是進行電壓的轉(zhuǎn)化，將直流轉(zhuǎn)換成交流，可通過脈寬調(diào)制技術(shù)控制電壓源逆變器中可關(guān)斷器件的通斷來調(diào)節(jié)交流電壓的大小、頻率和相位。

2無功補償原則

2.1總體和局部平衡相結(jié)合

合理的無功電源布局，能夠平衡局部地區(qū)的無功功率，避免某些線路產(chǎn)生較多的無功功率，導致電壓升高，過剩的無功功率外送等，無功功率在不同分區(qū)間遠距離輸送和交換會增加電網(wǎng)的功率損耗，所以在進行無功規(guī)劃時，局部補償方案的制定應(yīng)以整體平衡為前提，從而達到最佳的無功補償效果。

2.2降損與調(diào)壓結(jié)合

在進行無功補償設(shè)置時，要結(jié)合降壓和將損，以降損為主，一般按最優(yōu)補償容量進行無功補償能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的調(diào)整。若電網(wǎng)電壓等級低于10kV，需要以將損為主，這是由于線路電阻遠大于線路等值電抗。當電網(wǎng)電壓等級高于35kV時，要以調(diào)整電壓水平為主要原則。

2.3分散補償與集中補償相結(jié)合

以分散為主的無功補償需要滿足總體平衡和局部平衡，需要對供電部門和用戶兩方面開展無功補償，這就需要同時進行分散補償和集中補償。其中，集中補償指在變電站集中地安裝無功補償裝置來改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，避免無功的遠距離輸送，實現(xiàn)無功的就地平衡；分散補償是指在配電線路、配電變壓器低壓側(cè)和用戶側(cè)分散進行的無功補償。但是分散補償?shù)娜萘窟^大，并且電網(wǎng)輕載運行時，會導致向電網(wǎng)倒送無功，會增加網(wǎng)損，給電力系統(tǒng)的安全運行造成嚴重的影響。

2.4電業(yè)部門補償與用戶補償相結(jié)合

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，大約有2/5的無功功率消耗在用戶側(cè)，剩下的3/5消耗在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中。所以，要想做好無功功率的管理，電力部門必須要和用戶配合，共同采取措施進行無功補償。

3利用無功補償裝置提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析

3.1降低電能損耗

設(shè)流過線路的電流為I，則電網(wǎng)線路的有功損耗為：

由上式可知，隨著的提高，功率損失？P將顯著減小，消耗的電能會減少。

3.2提高發(fā)供電設(shè)備運行效率

（1）當設(shè)備容量S一定時，P=S，當功率因數(shù)增加時，即功率因數(shù)角減小時，P就會相應(yīng)的增大，電力設(shè)備的有功出力就會提高。提高的有功出力？P公式為：

其中P1為補償后的有功功率。

3.3改善電壓質(zhì)量

裝設(shè)無功補償裝置后線路中的電壓損失就會降低，電壓的質(zhì)量就會提高。選擇無功補償方案需要根據(jù)負荷變化情況來進行，當負荷波動較小時，應(yīng)選擇靜態(tài)無功補償裝置，反之則選擇動態(tài)無功補償裝置。此外，將無功補償設(shè)備安裝在距離線路末端較近的位置，能夠提高補償?shù)男Ч?/p>

結(jié)束語

綜上所述，對電網(wǎng)進行無功補償能夠提高電網(wǎng)運行效率，改善電能質(zhì)量，選擇最優(yōu)的無功補償方式能夠降低電網(wǎng)的電能損耗，提高電能的利用率，同時還能提高電力系統(tǒng)的運行效率和安全性。相關(guān)研究人員應(yīng)該加強對無功補償?shù)难芯?，從而提高電網(wǎng)電能的質(zhì)量。

參考文獻

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