電力調(diào)度無功補(bǔ)償技術(shù)研究

凌 飛

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司呼和浩特供電局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 無功補(bǔ)償概述

1.1 無功補(bǔ)償?shù)母拍詈突驹?/h3>

無功補(bǔ)償技術(shù)指的是通過在電力調(diào)度過程中使用相關(guān)電網(wǎng)設(shè)備，使運(yùn)輸過程中盡可能沒有運(yùn)輸功率產(chǎn)生，并在一定程度上提升電網(wǎng)運(yùn)輸在用戶的使用因數(shù)從而減少電能運(yùn)輸中電量消耗，為人們的生產(chǎn)生活提供更加穩(wěn)定的電壓質(zhì)量。電力調(diào)度無功補(bǔ)償技術(shù)的關(guān)鍵在于電網(wǎng)在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生一定無功功率，采用無功技術(shù)在電力設(shè)備中產(chǎn)生相應(yīng)的磁場。例如，電力運(yùn)輸經(jīng)過電壓器時(shí)由電變磁再變電的內(nèi)容，保證變壓器在一次線圈中產(chǎn)生磁場、二次線圈中產(chǎn)生電壓的能力。提升變壓器中電與磁的感應(yīng)效率，從而對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的電力調(diào)度功率進(jìn)行提升。

多數(shù)情況下，電網(wǎng)中電力調(diào)度的無功補(bǔ)償功率處于降低水平，即使用電設(shè)備可以獲得足夠功率，也無法保證其持續(xù)工作在額定功率下，從而使用電設(shè)備經(jīng)常處于低電壓的工作狀態(tài)，影響電力的使用效益與設(shè)備的工作質(zhì)量。一般電能從電廠產(chǎn)生經(jīng)過電力調(diào)度運(yùn)輸后，即使采用變壓器先升壓后降壓方式來降低運(yùn)輸損耗，電力調(diào)度中的無功功率還是會(huì)下降很多，無法滿足用戶對(duì)穩(wěn)定電壓的負(fù)載需求[1]。

1.2 無功補(bǔ)償?shù)呐淞吭瓌t

近年來，雖然電力調(diào)度的無功補(bǔ)償技術(shù)在電力運(yùn)輸中得到了廣泛應(yīng)用，但是發(fā)電廠對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用數(shù)量還屬于少數(shù)。因此，對(duì)于電力調(diào)度的無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用終端還需要加強(qiáng)。無功補(bǔ)償技術(shù)作為發(fā)電企業(yè)的應(yīng)用重點(diǎn)，對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的功率因數(shù)、電能損耗及電壓質(zhì)量都有重要作用，尤其在低電壓電網(wǎng)中，可以最大程度地降低電能損耗，并提升電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)臒o功功率。目前，對(duì)于電力調(diào)度的無功補(bǔ)償技術(shù)的使用主要以就地補(bǔ)償和分級(jí)補(bǔ)償為主，根據(jù)電力調(diào)度的分度與用戶設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝進(jìn)行區(qū)域化集中管理。例如，并聯(lián)電抗器、靜止補(bǔ)償器及同步調(diào)相機(jī)的無功補(bǔ)償設(shè)備安裝，可選擇電力調(diào)度相對(duì)集中區(qū)域；一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力調(diào)度采用并聯(lián)電容器進(jìn)行就地配置。將電力調(diào)度的無功補(bǔ)償效率與補(bǔ)償設(shè)備的管理維護(hù)進(jìn)行平衡發(fā)展，適度提升電力調(diào)度企業(yè)效益與輸電效率。

1.3 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

（1）改善電能運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量。根據(jù)就地平衡與分級(jí)補(bǔ)償?shù)姆峙湓瓌t，可以有效減少電網(wǎng)的功率波動(dòng)對(duì)電能質(zhì)量的影響。合理地將無功補(bǔ)償設(shè)備安排在電網(wǎng)運(yùn)輸中，可以有效提升用戶使用終端的電壓穩(wěn)定性。尤其在一些用電密集、位置偏遠(yuǎn)的低電壓電網(wǎng)中，效率末端的電壓抗值相比于其他區(qū)域更大，如果用戶集體大量用電很容易出現(xiàn)短暫停電問題。結(jié)合這一特點(diǎn)在低壓端安裝相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，可以有效對(duì)電網(wǎng)輸電起到較好的補(bǔ)償效果，從而提升用戶端的用電質(zhì)量。

（2）降低電力調(diào)度過程中的電能損耗。假設(shè)電網(wǎng)輸送的有功功率為一個(gè)定值，根據(jù)有功功率的計(jì)算公式可知負(fù)載電流與功率因數(shù)之間的關(guān)系，即電網(wǎng)中的電路運(yùn)輸有功功率的損耗會(huì)隨著電流的增加而增加。如果配置無功補(bǔ)償設(shè)備，通過提高電網(wǎng)運(yùn)輸中的無功因數(shù)，并根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)輸中的負(fù)載電流與電能損耗成正比的關(guān)系，從而使電網(wǎng)運(yùn)輸中電能損耗得到有效降低。

（3）開發(fā)發(fā)電廠和供電設(shè)備的發(fā)展空間。對(duì)于發(fā)電廠，使用無功補(bǔ)償設(shè)備可以有效降低發(fā)電過程中的無功負(fù)載，減少發(fā)電機(jī)的無用功浪費(fèi)，提升發(fā)電機(jī)的潛能。對(duì)于供電企業(yè)，基于電網(wǎng)中電力調(diào)度容量一定，電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償設(shè)備通過提升功率因數(shù)，使電網(wǎng)輸送功率得到增強(qiáng)，從而使得更多電能應(yīng)用到電力調(diào)度。

（4）減少電費(fèi)以及提升用電穩(wěn)定性。對(duì)于用戶，在電力調(diào)度中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)最直接的就是電網(wǎng)功率因數(shù)的提升，使用電更加高效，即減少了用戶的電費(fèi)支出，有包裝了穩(wěn)定的電壓。

2 電力調(diào)度無功補(bǔ)償?shù)闹饕夹g(shù)

2.1 真空斷路器投切電容器

真空斷路器投切電容器設(shè)備主要應(yīng)用于一些小型發(fā)電廠與供電企業(yè)。這種設(shè)備具有價(jià)格低廉、操作方便的特性，但是也最容易出現(xiàn)問題，在高電壓的電容器合閘過程中非常容易被擊穿，難以應(yīng)用于高質(zhì)量、頻繁操作的電力調(diào)度環(huán)境。

2.2 有源濾波器

有源濾波器主要應(yīng)用于電力調(diào)度的使用終端，可以利用電子設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生的電流有效抵消負(fù)載中的負(fù)序電流，從而滿足諧波電流與無功電流的抵消作用[2]。這種無功補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)速度快、補(bǔ)償高效，但是需要大范圍安裝使用。此外，有源濾波器價(jià)格較高，實(shí)際使用成本會(huì)增大，可應(yīng)用于對(duì)電力調(diào)度與電壓質(zhì)量要求較高的情況。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

隨著未來信息化社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電能資源的調(diào)度需求只會(huì)有增不減。同時(shí)，電量是影響到城市、企業(yè)及技術(shù)發(fā)展的核心因素。因此，電力調(diào)度無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展是我國的重點(diǎn)內(nèi)容。

3.1 并聯(lián)電容器

由于近年來人們對(duì)供電需求的不斷增加，電力調(diào)度過程中的電能損耗不斷增大，電力調(diào)度的無功補(bǔ)償技術(shù)也逐漸受到人們的重視。并聯(lián)電容器是目前比較常用的一種無功補(bǔ)償方法，由于具有攜帶方便、方便控制及管理高效的特點(diǎn)被廣泛使用，可在電力調(diào)度過程中使電能損耗效率達(dá)到最小。但是并聯(lián)電容器在電力調(diào)度中的使用還缺乏一定嚴(yán)謹(jǐn)性，電能補(bǔ)償效果不夠準(zhǔn)確。

3.2 同步電機(jī)

同步電機(jī)主要應(yīng)用于發(fā)電終端，主要分為通達(dá)發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及同步調(diào)相機(jī)等，各有優(yōu)點(diǎn)與方法。目前以同步調(diào)相機(jī)的研究應(yīng)用為主，其他兩種方法涉及到對(duì)發(fā)電設(shè)備的改進(jìn)，具有一定難度。同步調(diào)相機(jī)是最早應(yīng)用于電力調(diào)度無功補(bǔ)償?shù)?，但是這種技術(shù)在補(bǔ)償設(shè)備的建造與安裝方面比較麻煩。因此，電力調(diào)度過程中，如果采用因地制宜的方法，同步調(diào)相機(jī)不是最好的無功補(bǔ)償技術(shù)。

3.3 其他常用的無功補(bǔ)償技術(shù)

（1）靜止無功補(bǔ)償器主要由電容器和電抗器組成，通過晶閥管對(duì)電力調(diào)度的組成部分進(jìn)行投切控制，能夠快速平和地進(jìn)行無功補(bǔ)償工作，無功補(bǔ)償過程會(huì)使用大容量的電抗器與電容器。因此，靜止無功補(bǔ)償器主要應(yīng)用于直流端的電力調(diào)度。

（2）統(tǒng)一潮流補(bǔ)償器可應(yīng)用于串聯(lián)和并聯(lián)的多功能無功補(bǔ)償設(shè)備，具有應(yīng)用范圍廣、控制系統(tǒng)全面的特點(diǎn)，需要電力調(diào)度維持在一個(gè)高水平的狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行無功功率的降低，實(shí)現(xiàn)電能運(yùn)輸?shù)母咝А?/p>

4 電力調(diào)度無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用措施

4.1 提升無功補(bǔ)償技術(shù)的配置方案

所有無功補(bǔ)償技術(shù)的目標(biāo)都是提高電網(wǎng)運(yùn)輸?shù)墓β室驍?shù)，從而使系統(tǒng)的無功功率消耗降到最低?；陔娔軅鬏斶^程中消耗的無功功率一定，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行配置時(shí)要遵循相關(guān)配置原則，即分級(jí)補(bǔ)償、就地平衡。根據(jù)電力調(diào)度的串并聯(lián)、傳輸距離及補(bǔ)償要求等內(nèi)容，將電力調(diào)度區(qū)域內(nèi)的無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中管理。將電力補(bǔ)償技術(shù)的配置要求與電力調(diào)度效益進(jìn)行平衡發(fā)展。

4.2 提升調(diào)度人員的工作與管理水平

調(diào)度員不僅要注重對(duì)有功功率的調(diào)度，還要對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)下無功功率進(jìn)行合理配置，隨時(shí)保持無功功率在電網(wǎng)運(yùn)輸中的降低水平，降低無功功率在電網(wǎng)運(yùn)輸、調(diào)度中的損耗，提升電力調(diào)度過程中有功功率的穩(wěn)定性。應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的過程中，應(yīng)該盡量避免長距離的電網(wǎng)調(diào)度傳輸。對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的使用，采用分級(jí)補(bǔ)償與分層分區(qū)模式進(jìn)行平衡管理，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備的故障，提升無功補(bǔ)償設(shè)備故障檢測的效率。

4.3 加強(qiáng)電力調(diào)度過程中的等級(jí)劃分

電力調(diào)度需求與無功補(bǔ)償技術(shù)配置可以分成多個(gè)層級(jí)，每一層級(jí)的調(diào)度要求和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)要盡可能地與企業(yè)調(diào)節(jié)能力保持一致。要對(duì)無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)行方式進(jìn)行編制，使電網(wǎng)中的無功功率滿足調(diào)度要求。尤其是對(duì)于電力調(diào)度的上下級(jí)切換，每個(gè)層級(jí)的切換調(diào)度都要有方面內(nèi)容[3]。一方面是滿足下級(jí)調(diào)度對(duì)無功功率的需求，保證下級(jí)電能調(diào)度的質(zhì)量；另一方面是滿足上級(jí)自身的無功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)層級(jí)間電力調(diào)度的無功補(bǔ)償平衡。此外，需要關(guān)注輸送電壓與電網(wǎng)負(fù)荷的分布情況，隨時(shí)對(duì)有功功率和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

5 結(jié) 論

電力調(diào)度中應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)可使電能運(yùn)輸、電壓質(zhì)量及用電電費(fèi)得到改進(jìn)，具有減少電力資源消耗、提升電力行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的作用。因此，我國還需要不斷探索研究電力調(diào)度的無功補(bǔ)償技術(shù)，開展多種無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究，并提升電力調(diào)度人員對(duì)相關(guān)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用了解。