淺談電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整

楊創(chuàng) 魏穎* 沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院

隨著我國科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對設(shè)備的電壓穩(wěn)定、工廠作業(yè)時(shí)電力設(shè)備故障或誤操作的電壓、電流和頻率的要求都對電能質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求提高，這個(gè)給從事電力系統(tǒng)人員加大了一定技術(shù)難度。在電力系統(tǒng)中，運(yùn)行方式的改變、用電負(fù)荷的變化，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了電壓偏移及電力電子設(shè)備在輸送網(wǎng)中發(fā)生大型事故時(shí)和工廠短時(shí)間內(nèi)全部投入運(yùn)行時(shí)引起電力系統(tǒng)的靜態(tài)偏差和動(dòng)態(tài)擾動(dòng)都是電能質(zhì)量差的因素

1 無功功率電源的類型

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)、同步冷凝器、靜電容和靜態(tài)無功補(bǔ)償器都是無功電源，是重要的無功補(bǔ)償裝置。為了使發(fā)電機(jī)發(fā)出的有用功充分使用，額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)應(yīng)被允許穩(wěn)定運(yùn)行。在某些情況下，前提是有功儲(chǔ)備容量足夠，當(dāng)系統(tǒng)中無功功率、有功功率和無功功率在極限曲線下運(yùn)行時(shí)，可以降低負(fù)載電壓和無功功率中心附近的功率因數(shù)，以改善運(yùn)行。

對同步調(diào)相機(jī)官方解釋是，它是一個(gè)空載同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行下的狀態(tài)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)安裝的位置調(diào)整無功電壓。同步調(diào)相機(jī)由于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu),操作維修很困難,在電力系統(tǒng)運(yùn)行中有功功率的損耗是很大的,全速運(yùn)行下約占5%的額定容量并且能力范圍小,比例越大,同步調(diào)相機(jī)占的份額也越大,適用于大容量系統(tǒng)中。它的功能是，在欠勵(lì)磁操作中，從系統(tǒng)獲得的感應(yīng)無功功率作為一種無功負(fù)荷來降低電壓。在勵(lì)磁操作中，向系統(tǒng)提供的感應(yīng)無功功率作為一種無功電源來提高電壓。

靜電電容器是一種靜止的無功補(bǔ)償設(shè)備，它只能夠向系統(tǒng)發(fā)送感性的無功功率。其裝設(shè)的容量不受約束，集中安裝也可為電力系統(tǒng)提供無功功率，以減少功率和電壓損失。當(dāng)電力系統(tǒng)事故或故障發(fā)生時(shí)，由于母線電壓降降低了靜電電容無功輸出的影響，導(dǎo)致母線電壓繼續(xù)下降，靜電電容失效，調(diào)節(jié)性能差。

有一種特殊的無功補(bǔ)償器，由靜電電容器和并聯(lián)電抗器組成，這是靜態(tài)無功補(bǔ)償器。靜態(tài)無功補(bǔ)償器有四種類型，廣泛應(yīng)用的是可控飽和電抗器型，其結(jié)構(gòu)由控制繞組為主導(dǎo)，通過改變繞組的電流從而實(shí)現(xiàn)改變動(dòng)態(tài)的電感，吸收感應(yīng)無功功率，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整。靜態(tài)無功補(bǔ)償器的電容給出無功功率，電抗器吸收感性的無功功率。使二者結(jié)合在一起使用恰當(dāng)?shù)难b置進(jìn)行調(diào)節(jié)，它可以調(diào)節(jié)無功功率的大小和方向，對瞬時(shí)負(fù)荷產(chǎn)生的大電壓變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 無功功率平衡

電力系統(tǒng)中大型的異步電動(dòng)機(jī)占主要負(fù)荷，在異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行情況下消耗著電力系統(tǒng)中大量的無功功率，所以異步電動(dòng)機(jī)直接影響著電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷的電壓特性。

無功功率的平衡指的是系統(tǒng)中無功負(fù)荷之和與無功電源發(fā)出的無功功率之和及網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和保持相對穩(wěn)定。在我們研究無功功率計(jì)算時(shí)，一定滿足系統(tǒng)電壓水平正常的條件下展開。系統(tǒng)因發(fā)生故障導(dǎo)致無功功率電源不充足時(shí)，要想使無功功率平衡，必須在電壓水平的下降前提下，使無功功率負(fù)荷及無功功率損耗進(jìn)行自我調(diào)節(jié)使整個(gè)系統(tǒng)的無功的需求下降而達(dá)到無功功率的平衡 。

3 電壓調(diào)整

電氣設(shè)備在額定電壓下運(yùn)行能夠發(fā)揮到最佳的效果，并且能夠保證電氣設(shè)備的使用期限穩(wěn)定，壽命正常。為了滿足電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，我們可以在電壓中樞點(diǎn)調(diào)整電壓，有三種主要的電壓調(diào)節(jié)方式:當(dāng)峰值負(fù)載較高時(shí)，進(jìn)行電壓同向使電壓升高，當(dāng)在峰值負(fù)荷較低時(shí)，進(jìn)行電壓同向使電壓降低稱為逆調(diào)壓。當(dāng)峰值負(fù)載較高時(shí)，進(jìn)行電壓反向使電壓降低，當(dāng)在峰值負(fù)荷較低時(shí)，進(jìn)行電壓反向使電壓升高稱為順調(diào)壓。在任何情況下，都有一個(gè)恒定的電壓調(diào)節(jié)使中心電壓基本保持穩(wěn)定為常調(diào)壓。

我們還可以改變發(fā)電機(jī)通過的勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)無功功率電源的輸出從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，發(fā)電機(jī)調(diào)壓是一種比較直接的調(diào)壓方式，但是發(fā)電機(jī)調(diào)壓有一個(gè)前提就是電廠內(nèi)要有充足的無功備用容量，以免在發(fā)電機(jī)調(diào)壓的時(shí)候發(fā)生分配沖突。也可以改變調(diào)節(jié)變壓器的變比 ,也可以通過改變變壓器抽頭切換來實(shí)現(xiàn)變壓器變比的變化。改變變壓器的分接頭實(shí)現(xiàn)調(diào)壓是一種簡單的操作，并且到達(dá)了底經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，是一個(gè)不錯(cuò)的方式。

4 結(jié)語

無功功率平衡與電壓調(diào)整，可以分區(qū)間、分段進(jìn)行合理的調(diào)整，以免發(fā)生電力分配沖突造成嚴(yán)重事故。在電力系統(tǒng)中發(fā)生電壓波動(dòng)時(shí)，我們應(yīng)優(yōu)先考慮通過改變發(fā)電機(jī)的分接頭實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整，如果對系統(tǒng)中的無功功率不足的時(shí)候，應(yīng)該增設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，達(dá)到調(diào)壓的目的。保證合理、穩(wěn)定的電壓對于電力系統(tǒng)、人民生活有著重要的意義。

[1]林海鵬.無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.

[2]李名揚(yáng),電力系統(tǒng)的無功功率特性及其平衡與電壓穩(wěn)定性[J].2017（6）：