關(guān)于無功補償技術(shù)的研究

摘要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和進步，人民生活水平提升，對用電的質(zhì)量和可靠性都提出了更高的要求，但是目前我國電網(wǎng)系統(tǒng)存在著很多不合理現(xiàn)象。本文主要研究電網(wǎng)系統(tǒng)無功補償不足的問題。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)系統(tǒng)，無功補償，裝置

當(dāng)前，我國電力事業(yè)迅猛發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴張，用電負荷飛速增長，電網(wǎng)容量愈來愈大，其所覆蓋的面積擴張。與此同時，電力系統(tǒng)用戶自動化水平逐漸提高，電氣設(shè)備對電力穩(wěn)定性和安全性等方面質(zhì)量的要求也逐步提高。然而，由于經(jīng)濟發(fā)展、水能、資源等多方面外部因素的影響，全國各地存在電力不均衡現(xiàn)象，所以，要實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及能源的質(zhì)量，必須解決產(chǎn)生負面影響的因素，保證人民生活、工業(yè)生產(chǎn)的順利進行。本文就影響當(dāng)前電能質(zhì)量不穩(wěn)定的一大原因，即無功功率問題進行探討。

無功補償，即對電源進行無功補償，它是指為了達到經(jīng)濟發(fā)展對電力系統(tǒng)和電壓水平的要求，在電力系統(tǒng)與負荷端設(shè)置電容器等無功電源。配置無功補償?shù)脑瓌t基本概括為：本地平衡、等級補償和方便電壓調(diào)整。

一、配電網(wǎng)絡(luò)無功補償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從目前我國電力系統(tǒng)無功功率的消耗來看，電網(wǎng)中各等級的網(wǎng)絡(luò)，以及輸電和配電設(shè)備都需要損耗一定數(shù)額的無功功率，并且各級網(wǎng)絡(luò)在其中所占比重很大。在無功補償處理時，遵循“就地均衡、分級補償、方便電壓調(diào)整”的原則，以求最大限度減少在電力傳輸過程中無功功率的損耗，提高輸電和配電設(shè)備的效率。

1.兼顧總體平衡和局部平衡，將局部平衡作為重點。

首先，需要滿足局部電力網(wǎng)絡(luò)無功平衡，然后，還要保證變電所、10千瓦配電線路的無功平衡。在無功補償規(guī)劃時，要在總體平衡的前提下，研究各局部無功補償?shù)姆桨福M行最佳組合優(yōu)化，實現(xiàn)無功補償?shù)淖罴研б妗Ｈ绻瑹o功電源的容量、布局以及位置不合理，就會造成局部地區(qū)的無功電力不平衡，影響整個電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。局部地區(qū)無功補償不合理，可能會形成本地區(qū)與其它地區(qū)無功電力的長距離交換和輸送，這樣就增加了用電系統(tǒng)的電能損耗。

2.就地補償，兼顧電力單位補償和用戶個人補償。

在整個電力網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率在一半以上，另外的損失在配電網(wǎng)絡(luò)中。所以，要實現(xiàn)無功功率的就地補償，減少無功功率在線路傳輸中的損耗，就地補償主要靠電力部門和用戶兩方的共同努力。

3.兼顧分散補償和集中補償，將分散補償作為重點。

集中補償是指變電所集中裝備容量較大的補償電容器，它主要對變壓器本身的損耗以及電力輸送過程中的無功電力進行補償，這樣可以降低供電網(wǎng)絡(luò)而不是配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。分散補償是指對網(wǎng)絡(luò)中較為分散的負荷進行無功補償，如配電變壓器、用戶的家用電器等，它有效彌補了集中補償?shù)牟蛔悖龅搅藷o功功率在哪里產(chǎn)生，就在那里進行補償。

4.兼顧降損和調(diào)壓，將降損作為重點。

在電力網(wǎng)絡(luò)中，兼顧降損和調(diào)壓，將降損作為重點。利用并聯(lián)電容器進行無功功率的補償，主要是為了實現(xiàn)無功電力的就地平衡，減少供電網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。與此同時，對電容器進行分組投切，適當(dāng)調(diào)整電壓，輔助無功功率的補償。

二、配電網(wǎng)絡(luò)無功補償?shù)姆绞?/p>

1.變電站集中補償

變電站集中補償，目的是改善輸電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，將補償裝置連接在變電站10千瓦的母線上，補償?shù)难b置有并聯(lián)電容器、靜止補償器等。采用變電站集中補償方式，易于管理，方便維護，成本較低。

2.低壓集中補償

低壓集中補償方式，是目前我國使用較為廣泛的無功功率補償方式，它是在配電變壓器V側(cè)進行集中的無功補償，補償裝置通常使用微機進行控制。

當(dāng)前，我國所生產(chǎn)的自動無功補償裝置一般根據(jù)功率因數(shù)或者用戶所需的電壓水平進行電容器的自動投切。而線路電壓的浮動是引起無功損耗的主要原因，用電線路的電壓由整個系統(tǒng)決定，如果線路電壓出現(xiàn)偏高、偏低，電容器的自動投切可能與實際需要存在差距，產(chǎn)生無功補償過多或者過多。這種方式，雖然保證了用戶的用電穩(wěn)定性，但是配電網(wǎng)絡(luò)不可取。

配電系統(tǒng)可以采用專用變壓器，家庭用戶使用公用變壓器，而且通常安置在戶外，這樣就很難實現(xiàn)無功功率的集中補償，而且集中補償會產(chǎn)生一定的安全隱患。

進行低壓集中補償，通常采用的方法是隨機補償、人工補償和跟蹤補償。

3.桿上無功補償

在配電網(wǎng)絡(luò)中，無法對大量公用網(wǎng)絡(luò)進行集中補償，這樣無功補償存在局限，就需要變電站或者發(fā)電廠對無功功率進行大量補償，配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗很高。針對這一特殊情況，可以將10千瓦戶外并聯(lián)電容器安置在電線桿上，進行配電線路的無功補償，提高功率因數(shù)，借此來降低損耗，提升線路電壓。

因為電線桿上安裝的并聯(lián)電容器與變電站距離較遠，集中管理有一定難度，維保成本高，同時受外部環(huán)境影響也很大。桿上無功補償須滿足幾個條件：

在配電網(wǎng)絡(luò)中，盡量選擇較少的補償點；考慮后期維保，盡量簡化對補償點的控制和維護投入；在電網(wǎng)中，所安裝的電容器的補償容量不宜過大；電容其安裝過程中，接線簡單，易于操作；電容器進行安裝后，防止其產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

4.用戶終端進行分散補償

當(dāng)前，我國生產(chǎn)生活尤其是城鎮(zhèn)居民生活用電大幅度增加，工廠企業(yè)對無功需求提升，因此可以直接對用戶終端進行分散補償，最大限度降低電網(wǎng)無功損耗，維持線路的電壓穩(wěn)定。

針對工廠和企業(yè)這種區(qū)域，電容量較大、使用頻繁的用電設(shè)備，可以單獨進行就地補償；針對城鎮(zhèn)居民生活用電，由于存在著負荷小、用電分散、管理缺失、用電波動較大等特點，可以開發(fā)新的適用于低壓終端的無功補償裝置，易于安裝、維護和管理，功能完善，甚至可以實現(xiàn)智能化控制。

與以上3種無功補償方式相比較，用戶終端分散補償有很多優(yōu)點：

（1）至少可以20%左右的線路損壞；

（2）可以減少電壓損耗，有效提高電壓，進而對用電設(shè)備進行改善；

（3）釋放部分配電系統(tǒng)的能量，提高線路的供電能力。

但這種方式也存在一定的缺點，就是無功補償設(shè)備的利用效率不高。因為低壓無功補償通常根據(jù)變壓器低壓側(cè)的最大無功功率進行安裝容量的確定，但是配電變壓器在低壓中，其負荷波動不同，使得補償電容器輕載，進入閑置狀態(tài)。

三、無功補償裝置的發(fā)展趨勢

在配電系統(tǒng)中，同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止無功補償裝置是較為常見的無功功率控制裝置，這些裝置都是在不斷發(fā)展和改進的，以適應(yīng)無功補償?shù)默F(xiàn)實需要。

早期的無功補償裝置是無源裝置，無源裝置采用機械開關(guān)，因其不具有連續(xù)性、反復(fù)性和快速性的特點，因此不能實現(xiàn)在較短時間內(nèi)對電壓進行升降的功能，其安裝方法是將電容器或電抗器在系統(tǒng)母線上進行串聯(lián)或者并聯(lián)。這樣，這一舉措改變了用電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，改變了波阻抗以及系統(tǒng)母線等方面的輸入阻抗。隨著逐步發(fā)展，無功補償裝置體積變小，調(diào)節(jié)速度變快，范圍邊逛，更方便具體的操作。

靜止無功補償及時歷經(jīng)了三代發(fā)展，第一代為無源補償?shù)臋C械投切裝置，第二代是SVC，即晶閘管投切的無功補償?shù)臒o源裝置，第三代則是ASVG，即基于電壓源換流器的同步補償器，是快速的動態(tài)無功補償裝置。

結(jié)語

配電系統(tǒng)的無功補償，對于整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性以及用戶所需電力質(zhì)量要求，都有很好的作用。必須對用電網(wǎng)絡(luò)進行研究，對不同形式的局部電網(wǎng)進行分析，采用適用的無功補償方式，同時，對整個系統(tǒng)進行總體把控，最大限度減少無功功率的損耗。

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