解析采用無功補償裝置有效提高配電網電能質量的技術

龍世云

摘要：無功補償裝置的使用能夠降低電力線路的線損、保證電力系統無功功率平衡、提高供電的質量。當前無功補償裝置在電網中的使用越來越廣泛，并且發揮了重大的作用，提高了整個電力系統的運行效率，為工業生產提供了優質的電能。本文從無功補償原理出發，對無功補償裝置的使用原則進行了分析，并對利用無功補償裝置提高電能質量進行了分析。

關鍵詞：無功補償裝置；提高；配電網；電能質量

引言

當前，我國國民經濟迅速發展，工業企業也取得了迅速的發展。在工業的生產中會用到很多的電能，但是電網中的非線性、沖擊性用電負荷的大量使用，給電能的質量造成了嚴重的影響，比如電壓波動與閃變、電壓發生畸變、諧波污染、三相不平衡等問題，嚴重影響了電網的運行穩定性和可靠性，影響了供電的質量，對企業的經濟利益造成嚴重影響。而使用無功補償裝置就能有效減少無功功率的遠距離輸送，保證電能的質量、降低電力系統的電能損耗，使電網安全、可靠運行。

1無功補償裝置工作原理

1.1并聯電容器

假設負荷由電阻和電感串聯組成，對負荷進行無功補償的電路圖如圖1所示。在電容器未投入使用時，電源的功率因數為：

當電容器投入后，電源功率因數為：

由上式可知，電容器并聯補償提高了功率因數，當時，電壓U的相位就會超前于I，此時為欠補償狀態，其向量圖如圖2所示；當時，電壓U相位滯后于I，為過補償，向量圖如圖3所示。

1.2靜止無功補償器（SVC）

靜止無功補償器通過改變晶閘管的觸發延遲角（90°～180°）和投切的電容器個數來實現無功功率連續、平滑動態的調節。它可以提高線路輸送能力、避免電壓振蕩、減少通信干擾、改善系統暫態穩定性、削弱電壓閃變。靜止無功補償器有各種不同的組成形式，有TCR+TSC、TCR+FC、TCR+TSC+FC等。其中，TCR為晶閘管投切電抗器、TSC為晶閘管投切電容器、FC為晶閘管投切電抗器+固定電容，這里以TCR+FC型靜止無功補償器為例進行分析。

TCR由兩個晶閘管反向并聯后再和電抗器串聯構成，TCR一般接成三角形以避免3的整數倍次諧波流入電網。TCR可等效為電感，通過調節晶閘管的控制角α實現連續調節功率的輸出。α不同，穩態電流的波形也不同。當α=90°時，電抗器兩端電壓的相位超前于電流90度，TCR為純感性阻抗，電流波形為正弦波，晶閘管全部導通，由于α在0～90°范圍內時電流會存在直流分量，所以應避免觸發角為0～90°，當α在90～180°范圍內時，晶閘管部分導通，通過改變θ來改變等效電抗值。如果晶閘管控制角是α，則α=2（90°-θ），當晶閘管的導通角減小時，電感中流過電流的基波分量會隨之減小，基波無功功率會降低。

1.3靜止無功發生器

靜止無功發生器與其他無功補償裝置相比性能更優，并且無功補償范圍廣、響應速度快，即使電壓降低，其無功補償能力也不會降低。靜止無功發生器由電壓源型逆變器和交流側連接的電抗器或變壓器構成，其主要通過改變逆變器的輸入電壓實現對靜止無功發生器的控制。逆變器主要作用是進行電壓的轉化，將直流轉換成交流，可通過脈寬調制技術控制電壓源逆變器中可關斷器件的通斷來調節交流電壓的大小、頻率和相位。

2無功補償原則

2.1總體和局部平衡相結合

合理的無功電源布局，能夠平衡局部地區的無功功率，避免某些線路產生較多的無功功率，導致電壓升高，過剩的無功功率外送等，無功功率在不同分區間遠距離輸送和交換會增加電網的功率損耗，所以在進行無功規劃時，局部補償方案的制定應以整體平衡為前提，從而達到最佳的無功補償效果。

2.2降損與調壓結合

在進行無功補償設置時，要結合降壓和將損，以降損為主，一般按最優補償容量進行無功補償能夠實現電壓的調整。若電網電壓等級低于10kV，需要以將損為主，這是由于線路電阻遠大于線路等值電抗。當電網電壓等級高于35kV時，要以調整電壓水平為主要原則。

2.3分散補償與集中補償相結合

以分散為主的無功補償需要滿足總體平衡和局部平衡，需要對供電部門和用戶兩方面開展無功補償，這就需要同時進行分散補償和集中補償。其中，集中補償指在變電站集中地安裝無功補償裝置來改善電網的功率因數，避免無功的遠距離輸送，實現無功的就地平衡；分散補償是指在配電線路、配電變壓器低壓側和用戶側分散進行的無功補償。但是分散補償的容量過大，并且電網輕載運行時，會導致向電網倒送無功，會增加網損，給電力系統的安全運行造成嚴重的影響。

2.4電業部門補償與用戶補償相結合

據相關數據顯示，大約有2/5的無功功率消耗在用戶側，剩下的3/5消耗在工業網絡中。所以，要想做好無功功率的管理，電力部門必須要和用戶配合，共同采取措施進行無功補償。

3利用無功補償裝置提高配電網電能質量的分析

3.1降低電能損耗

設流過線路的電流為I，則電網線路的有功損耗為：

由上式可知，隨著的提高，功率損失？P將顯著減小，消耗的電能會減少。

3.2提高發供電設備運行效率

（1）當設備容量S一定時，P=S，當功率因數增加時，即功率因數角減小時，P就會相應的增大，電力設備的有功出力就會提高。提高的有功出力？P公式為：

其中P1為補償后的有功功率。

3.3改善電壓質量

裝設無功補償裝置后線路中的電壓損失就會降低，電壓的質量就會提高。選擇無功補償方案需要根據負荷變化情況來進行，當負荷波動較小時，應選擇靜態無功補償裝置，反之則選擇動態無功補償裝置。此外，將無功補償設備安裝在距離線路末端較近的位置，能夠提高補償的效果。

結束語

綜上所述，對電網進行無功補償能夠提高電網運行效率，改善電能質量，選擇最優的無功補償方式能夠降低電網的電能損耗，提高電能的利用率，同時還能提高電力系統的運行效率和安全性。相關研究人員應該加強對無功補償的研究，從而提高電網電能的質量。

參考文獻

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