電力系統無功優化與無功補償研究

摘要：隨著我國電力事業的迅猛發展，電力系統內部無功優化及無功補償問題越來越突出，對無功優化方案及控制手段的要求也愈來愈高，但目前我國在無功優化控制模型的應用上和算法上都存在明顯不足，缺陷和漏洞較多。作為電力工作者，在日常工作中，有必要針對所研究問題的實際特點和具體情況，尋求無功優化與無功組合的最佳配合。本文根據筆者多年的從業經驗，對此問題做簡要探討，供廣大同仁參考借鑒。

關鍵詞：電力系統 無功優化 無功補償 現狀與措施

隨著我國電力事業的迅猛發展，電力系統內部無功優化及無功補償問題越來越突出，對無功優化方案及控制手段的要求也愈來愈高，但目前我國在無功優化控制模型的應用上和算法上都存在明顯不足，缺陷和漏洞較多。無功優化是保障電力系統安全運行的一種重要調控措施。無功優化的最終目標是通過各種控制手段，把系統中各個性能指標調節到最佳工作狀態，從而達到電力運行最優化、經濟效益最大化。作為電力工作者，在日常工作中，有必要針對所研究問題的實際特點和具體情況，尋求無功優化與無功補償的最佳配合。

1 電力系統無功優化現狀與措施

電力系統無功優化，是指在完全保證電力系統電壓質量的前提下，利用先進科學的無功補償手段和措施來改變電網現有的運行模式，促使系統的有功損失及無功補償費用最小化。

1.1 電力系統無功優化現狀分析

建國以來的很長一段時間內，我國電力行業發展相對緩慢，電力系統內部無論是在人員配備、技術支持上，還是經費調撥上都捉襟見肘，因國家主電網不穩定而造成停電斷電現象時有發生，有的因高壓漏電或用電不當造成了人員傷亡及巨大的經濟損失。近年來，我國電力系統得到迅猛發展，電網電壓水平不斷改善，但存在問題仍然不少。一些電網在輕載時電壓過高的現象時有發生，局部地區甚至超過設備的允許規定，嚴重影響了設備的安全運行；重載時電壓相對較低，影響了正常的工業生產和廣大用戶的正常生活。另外，系統中無功功率的不合理流動，會使線路的壓降增大、線路的損耗增加、供電的安全性和經濟性都會下降。

隨著電力系統日新月異的發展，電網互聯成為必然趨勢，電網規模也會越來越大，電壓問題也將越來越復雜，出現電壓崩潰并發展成全網性事故的可能性也正在逐漸增加，所以需要全面改善和提高系統的電壓質量。因此，為了保證電能質量、提高電網的電壓合格率，就應該加強對電壓無功的調控能力，充分合理的運用各種電壓無功的調節手段，提高電網的電壓合格率，保證電網安全穩定經濟的運行。

1.2 無功優化途徑與措施

通過對電力系統無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償，由于在實際電網系統分鐘，實際電荷是動態運動的，有時候負荷變化會很大。而傳統的動態無功，也就是靜態無功優化，無法充分考慮各個動態電荷的動態聯系。

另外，在傳統的靜態無功優化中，通常都是利用當時或過去某一時刻的優化結果來指導下一時刻的電力系統設備，這種做法顯然是不科學的。動態無功優化的誕生極大地避免了傳統靜態無功存在的弊端。一般的，無功優化主要包含兩個方面，一方面是無功補償裝置的優化規劃，另一方面是對電壓無功優化進行有效控制。

1.2.1 無功補償裝置優化。無功功率均是由電網中的變壓器、電機、感應加熱器、線圈等電力設備運行時產生的。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，使電網質量提高。在大部分情況下，可以用電容器來補償負荷產生的無功電流，這就是無功補償。簡單的說，就是電網發出來的有有功功率和無功功率，而無功功率太大會增大電能損耗，而一般負載如電機類的負載是感性的，工作時需要消耗無功功率，所以就需要給電網無功補償，目前常用的是電容補償，利用電容發出的無功給負載提供無功功率，這樣能減小電網的損耗，還能提高設備的使用效率。

1.2.2 電壓無功優化閉環控制。電壓無功優化閉環控制是通過調度自動化系統來采集各節點遙測、遙信等實時數據以各節點電壓合格、關口功率因數為約束條件，進行在線電壓無功優化分析與控制，實現主變分接開關調節次數最少和電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網損率最小的綜合優化目標，最終形成控制指令，通過調度自動化系統自動執行來完成。目前主要分為網調級別、省網和地區網以及縣級電網幾種，在地區級和縣級電網，這個系統可以分為集中式模式和分布式模式。不僅可以維持電壓水平和提高電力系統運行的穩定性，而且可以降低有功網損和無功網損，使電力系統能夠安全經濟運行。

2 無功補償原理及對策

在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流滯后電壓900，純電容負載中電流超前電壓900，也就是說純電容中電流與純電感中的電流相位差為1800，可以相互抵消，即當電源向外供電時，感性負荷向外釋放的能量由容性負荷儲存起來；當感性負荷需要能量時，再由容性負荷向外釋放的能量來提供。能量在兩種負荷間互相交換，感性負荷所需要的無功功率就可由容性負荷輸出的無功功率中得到補償，實現了無功功率就地解決，達到補償的目的。

據統計，用電設備每用1kW有功功率，就要有1.2—1.3kvar無功功率配套。而電力系統的無功電源主要由發電機發出的無功功率、無功補償設備（移相電容器和同步調相機等）輸出的無功功率、高電壓輸電線路及電纜線路的充電功率三部分組成。發電機發出的無功功率一般為有功功率的40%—60%；而高電壓輸電線路及電纜線路的充電功率因線路的長短和電壓的高低等因素而有很大的差異。因此電力系統的無功功率有一半以上需要無功補償設備（絕大部分應是用戶的無功補償設備）來平衡。

面對嚴峻的能源形勢和全面倡導建設節約型社會的今天，重視無功功率治理，加大無功功率補償力度，最大限度地減少電能損耗，也應該成為落實科學發展觀的一項內容。因此，建議國家有關主管部門研究、論證，探索以技術法規或標準的形式，將現行的高、低壓用電戶的功率因數法定基本值適當提高；從“有法可依”和規范化“的層面根本解決用戶無功補償容量不到位的問題。

但對于大部分電力用戶而言，無功意味著只計量數據不收取費用，這部分電能僅占用供電企業電網的資源，與自身沒有任何的經濟聯系，電能的流失與否、流失多少根本很少有人重視和關心。因此，要解決這部分用戶提高功率因數的積極性，處理應該與時俱進地制定出一部有利于節能減耗，又有利于用戶投資回報的新法規之外，還應隨著科技的進步，研發出一些性能高、體積小、價格合理、適用于小用戶的無功自動補償產品（可設于入戶配電箱附近），使3-5KW的小用戶也可以采取，且應該采取無功補償措施，從而大大減少無功功率在電網中的流動，真誠實現“就地補償”和“跟蹤補償”的無功補償基本原則。

3 結束語

目前，我國已經進入節約型社會，節約資源已被列為我國的基本國策。大力實施電力系統無功優化與無功補償方面的研究與開發，把電力的節約當做系統內部的一件大事抓緊抓好，不但可以減少電力損耗，有效節約電能，從根本上提高供電企業的經濟效益，而且對于廣大用戶而言，也是受益匪淺。因此，作為一名從事電力工作者，有責任有義務從自身條件出發，為節約能源，建設節約型社會做貢獻。

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