當(dāng)前我國電網(wǎng)變電站中的無功補(bǔ)償技術(shù)改進(jìn)

徐桂華

（國網(wǎng)冀北電力有限公司陽原縣供電分公司，河北 張家口 075800）

0 引 言

在電網(wǎng)變電站運(yùn)行中，應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)可以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。不斷改進(jìn)無功補(bǔ)償技術(shù)的不足，會使電網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中更加安全可靠，推動電力企業(yè)快速發(fā)展。無功補(bǔ)償技術(shù)可以降低變電站中的無功功率輸送量，控制線路遭受的電壓損失，提升電網(wǎng)整體質(zhì)量。因此，應(yīng)不斷對無功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)施優(yōu)化，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1 無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

20世紀(jì)初，無功補(bǔ)償技術(shù)開始應(yīng)用到變電站。下面將根據(jù)該技術(shù)的五個發(fā)展階段闡述其發(fā)展歷程。

1.1 并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器是一種無功補(bǔ)償裝置。它的工作原理是補(bǔ)償電力系統(tǒng)感性負(fù)荷的無功功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。并聯(lián)電容器裝置主要有兩大特征，即結(jié)構(gòu)簡單和經(jīng)濟(jì)適用。同時，并聯(lián)電容器存在一個較大缺陷，只能利用固定的電容實(shí)施無功補(bǔ)償，而無法實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償。實(shí)際應(yīng)用中，并聯(lián)電容器有多種表現(xiàn)。人們通過將并聯(lián)電容器分組，并按照電容器體積的大小對其設(shè)置開關(guān)偷竊控制，以此實(shí)現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償。這一裝置雖然解決了我國電網(wǎng)變電站中的多數(shù)問題，但自身也暴露出較多缺陷，主要表現(xiàn)在運(yùn)行速度緩慢、不能連續(xù)動態(tài)補(bǔ)償?shù)萚1]。

1.2 同步調(diào)相機(jī)

20世紀(jì)初，除了并聯(lián)電容器之外，還有另一種動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，即同步調(diào)相機(jī)。這一種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率的同步，內(nèi)部主要依靠旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行工作，工作時會產(chǎn)生較大噪音。此外，同步調(diào)相機(jī)在工作時損耗強(qiáng)度較高，容易導(dǎo)致裝置運(yùn)行速度緩慢，無法滿足變電站對無功補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

1.3 磁飽和電抗器

20世紀(jì)中后期，電抗器的發(fā)展達(dá)到興盛階段，磁飽和電抗器成為一種新型電抗器。磁飽和電抗器的運(yùn)行原理主要是利用內(nèi)部的電感性質(zhì)，結(jié)合電流的可控制性，對無功電流實(shí)施控制。這一種裝置也有著較多缺陷，如制造成本較高、運(yùn)行振動噪音較大以及損耗較強(qiáng)等。因此，在實(shí)際變電站中，磁飽和電抗器的應(yīng)用范圍較小，一般應(yīng)用于高壓輸電線路中。

1.4 SVC階段

在磁飽和電抗器出現(xiàn)后，無功補(bǔ)償技術(shù)走向了新的階段。以SVC作為執(zhí)行元件的晶閘管，實(shí)現(xiàn)了靜止無功補(bǔ)償裝置的動態(tài)補(bǔ)償。這一裝置可以在運(yùn)行中作為一種模擬控制器來實(shí)現(xiàn)對無功功率的調(diào)節(jié)，同時具備投切功能，可以在運(yùn)行中形成一種模擬的控制器。我國無功補(bǔ)償技術(shù)比較落后，在電壓等級低的情況下，無功補(bǔ)償裝置的容量受到了較大限制[2]。隨著我國社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，靜止無功補(bǔ)償裝置已經(jīng)在變電站中得到普遍應(yīng)用，標(biāo)識著我國無功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)與國際接軌。

1.5 SVG階段

在靜止無功補(bǔ)償器出現(xiàn)后，又出現(xiàn)了一種補(bǔ)償方式的新裝置。這一裝置主要依靠更換相變流電路達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康模Q為SVG，即靜止無功發(fā)生器。SVG具有很大優(yōu)勢，如體積較小、運(yùn)行速度相對較快，能夠在低電壓狀況下實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償?shù)取?/p>

2 我國電網(wǎng)變電站中無功補(bǔ)償技術(shù)的原理

電網(wǎng)在運(yùn)行中的無功功率對其造成了一定的安全威脅。為了保證電網(wǎng)變電站輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要將運(yùn)行中的損耗降到最低。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，無功補(bǔ)償技術(shù)可以很好地降低無功功率。從無功平衡的角度來講，在推動電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)中無功電源生成的無功功率應(yīng)該維持在一個平衡狀態(tài)[3]。在無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用中，首先保持節(jié)點(diǎn)位置的電壓水平趨于平衡。電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時會產(chǎn)生大量電壓負(fù)荷，促使無功功率得到損耗。若只依靠電網(wǎng)發(fā)電機(jī)提供無功功率，在額定電壓下根本無法維持電網(wǎng)的無功功率平衡，而無功補(bǔ)償技術(shù)很好地解決了這一問題。

無功補(bǔ)償技術(shù)是保證交流電路正常運(yùn)作的基礎(chǔ)，工作原理是在電壓、電流差異特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電容與電感的相反關(guān)系特性，補(bǔ)償電網(wǎng)系統(tǒng)中的無功功率。無功補(bǔ)償技術(shù)通常有兩種表現(xiàn)形式，即感性補(bǔ)償和容性補(bǔ)償。其中，感性補(bǔ)償主要是將并聯(lián)電抗器和無功補(bǔ)償設(shè)備加以結(jié)合應(yīng)用，使電網(wǎng)吸收容性符合的功率來實(shí)現(xiàn)輸電線路中功率的補(bǔ)充；而容性補(bǔ)償則是對電容器以及其他無功補(bǔ)償設(shè)備加以應(yīng)用，來為感性負(fù)荷提供所需要補(bǔ)充的無功功率。值得注意的是，在電源輸送過程中，無功功率的產(chǎn)生大幅降低，使無功補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的無功功率在遠(yuǎn)距離傳輸中得到控制。

當(dāng)大部分電力負(fù)荷表現(xiàn)為電感性質(zhì)時，需要電源提供無功功率。應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的過程中，需要應(yīng)用具有電容特性的補(bǔ)償設(shè)備，無功電源提供無功功率，從而滿足感性負(fù)荷所需要的無功功率。強(qiáng)化功率因數(shù)后，需要控制無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸，以此降低輸電過程所消耗的電力[4]。

3 我國電網(wǎng)變電站中無功補(bǔ)償技術(shù)在改進(jìn)中的難點(diǎn)

要改進(jìn)電網(wǎng)變電站中的無功補(bǔ)償技術(shù)，首先要從全局最優(yōu)入手。第一，要優(yōu)化無功補(bǔ)償技術(shù)，需要考慮實(shí)際情況下電網(wǎng)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況。第二，從無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，各大電力企業(yè)對無功補(bǔ)償研究的資金投入不足，導(dǎo)致無功補(bǔ)償技術(shù)革新速度緩慢。第三，在無功補(bǔ)償技術(shù)實(shí)施改進(jìn)過程中，缺少有效的改進(jìn)手段，再加上一些特殊原因的限制，無法在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)。

無功補(bǔ)償技術(shù)是一種變量較多、約束力較強(qiáng)的技術(shù)。改進(jìn)時，要充分考慮節(jié)點(diǎn)電壓和載調(diào)壓分接頭檔位等問題對無功補(bǔ)償技術(shù)帶來的影響。當(dāng)前技術(shù)環(huán)境下，無功補(bǔ)償技術(shù)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，為其技術(shù)改進(jìn)提供了龐大的參考數(shù)據(jù)，但也暴露出許多實(shí)際問題。其中，從等網(wǎng)損微增率和最優(yōu)網(wǎng)損微增率角度來講，一定程度上限制了無功補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)[5]。因此，若想實(shí)現(xiàn)對無功補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)，有諸多問題需要商討和解決。

4 分析我國電網(wǎng)變電站中無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使人們對電能質(zhì)量提出了更高要求。在國家電網(wǎng)安全性受到威脅時，電能質(zhì)量會出現(xiàn)下滑，一定程度上影響我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。通過對無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了下列問題。

4.1 無法使傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置得到替換

相較于西方一些國家，我國電網(wǎng)的建設(shè)較為落后。我國電網(wǎng)變電站在實(shí)際運(yùn)行中，依舊使用傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，如同步調(diào)相機(jī)等，沒有對設(shè)備進(jìn)行及時替換與更新。近年來，隨著社會用電需求的不斷增長，電網(wǎng)變電站承受的壓力日益增加，傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置已經(jīng)無法滿足用戶的用電需求。因此，無功補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)，首先要從對傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的替換入手[6]。

4.2 靜態(tài)無功發(fā)生器受到局限

從靜態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備當(dāng)前的性能來看，靜止無功發(fā)生器設(shè)備的性能具有更大優(yōu)勢，而兩者在工作原理上也有著較大區(qū)別。靜態(tài)無功發(fā)生器在其工作運(yùn)行中，本身的相變流電路得到替換，在電抗器和電網(wǎng)的運(yùn)用下形成一種并聯(lián)狀態(tài)，以此達(dá)到對交流側(cè)電流的控制，進(jìn)而滿足電路在整體運(yùn)輸中無功電流的需求。電網(wǎng)變電站在運(yùn)行過程中不管處于何種環(huán)境，都可以使靜態(tài)無功發(fā)生器裝置得到應(yīng)用。

5 探索我國電網(wǎng)變電站中無功補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)策略

5.1 運(yùn)用無功補(bǔ)償新技術(shù)

我國社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，使無功補(bǔ)償技術(shù)在電網(wǎng)變電站建設(shè)中得到了普遍應(yīng)用，同時成為了電網(wǎng)系統(tǒng)的核心。在電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中，諧波治理技術(shù)橫空出現(xiàn)。以往應(yīng)用無功補(bǔ)償技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)來看，無功補(bǔ)償設(shè)備通常會在內(nèi)部設(shè)置諧波設(shè)備，并對其進(jìn)行放大處理。而新型補(bǔ)償設(shè)備不必在內(nèi)部加入諧波設(shè)備，而是采取一些措施使諧波發(fā)揮應(yīng)有的作用后消除。因此，無功補(bǔ)償技術(shù)與諧波處理技術(shù)的共同進(jìn)步，將更好地彌補(bǔ)了無功補(bǔ)償技術(shù)的缺陷[7]。

5.2 替換傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，電網(wǎng)變電站的輸電能力面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)無法滿足人們?nèi)找嬖黾拥碾娔苄枨罅俊Ｒ虼耍惹行枰鎿Q與更新傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)備隨著時代的發(fā)展面臨著淘汰，新型的無功補(bǔ)償裝置將更好地滿足人們的需要，保證電網(wǎng)變電站系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定[8]。

6 結(jié) 論

電網(wǎng)變電站中的無功補(bǔ)償技術(shù)，能夠從整體提高變電站系統(tǒng)的運(yùn)行效率。現(xiàn)在的無功補(bǔ)償技術(shù)存在許多缺陷，需要不斷改進(jìn)與完善該技術(shù)，以更好地提高電網(wǎng)用電站運(yùn)行效率。無功補(bǔ)償技術(shù)的改進(jìn)與更新，不僅可以更好地滿足人們的用電需求，還能夠?yàn)槿藗兊挠秒姲踩峁┍Ｕ希龠M(jìn)電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。