變電設計中無功補償裝置的設計方式探析

崔英羽

摘要：近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數量也逐漸增多。電壓是當今衡量電能質量的重要質量指標。電壓對于電路的整體操作很有著很重要的意義。通過正確對電壓值進行管理和控制，可以有效減少出現線路損壞的現象，在很大程度上能夠確保電網的穩定運行，并為居民提供充足的電力。無功電的強度是決定電壓質量的重要因素，通過適當地對無功電力進行管理和控制，可以有效地提高用電水平。通過正確實施變電設計中無功補償裝置的設計方式，可以增加電網的使用效果，節省有限的電能源，并促進能源優化分配。本文就變電設計中無功補償裝置的設計方式展開探討。

關鍵詞：變電設計;無功補償;優化

引言

無功補償技術是利用無功補償設備提供的無功來補償系統缺少的無功功率，或吸收系統多余的無功功率維持無功平衡。實際應用中應根據不同需求采用不同的補償裝置及策略，來使得系統無功功率達到平衡狀態，從而維持電壓穩定、降低網損和提升功率因數。

1無功功率的意義及無功補償的原理

電氣設備的功率分為有功功率、無功功率和視在功率。電氣設備要想正常工作，就需要一個能使它做功的功率，這個功率就是有功功率、即對外做功的功率。而無功功率用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率，即對外不做功，所以被稱之為“無功”。電網中的有電磁線圈的電氣設備不僅需要消耗有功功率，還需要無功功率，有繞組的電氣設備如變壓器、電抗器、接觸器的工作原理都是電磁感應原理，即都需要有一個磁場才能工作、才能進行電磁能量的轉換，在交換的過程中必然會產生電流，這個電流就是無功電流，有無功電流就會消耗無功功率。因此無功功率決不是無用功率，如果離開了無功各種電動機就不會轉動，變壓器也不會變換電壓，正常運行時，如果電網中的無功功率不夠用，電氣設備就沒有足夠的無功功率，就不能建立維持正常工作的磁場，即用電設備就不能維持在額定電壓下工作，用電設備的端電壓就要下降，電能質量就得不到保證。用電設備工作效率下降，還有可能使系統崩潰。現總結無功功率對發電、供電、用電產生的諸多不良影響：根據視在功率、有功功率和無功功率的關系可知，從電源發出在網絡中傳輸的無功功率越多，則電源發出的有功功率就會變少;由于無功功率的增大會導致功率因數降低，使電氣設備的效率不能充分發揮;電網中過多的傳輸無功功率將造成變壓器及線路的電壓降增大，使電網電壓偏移增大。

2變電設計中無功補償裝置的設計方式探析

2.1調相機設計

變電設計中無功補償裝置的調相機設計是過去使用的最為廣泛的設計方式。特別是，無功補償設計裝置調相機應用程序主要用于將相機與設備和生成器同步。所有無功功率都通過勵磁作用被電氣系統接收，當勵磁作用消失時，電力系統可以將感應電磁場重新傳輸出去，以獲得最高無功功率。因此，在設計電力系統的無功補償結構時，重要的是配置和控制驅動的控制設備，以使電壓吸收或設備正確輸出或與同步電氣系統執行，最大限度保證電力系統的安全運行。但是，由于同步調相機是旋轉的機器，所以無功補調相機的投影會在使用過程中會造成很大的功率損耗。

2.2電抗器設計

電抗器的設計主要用于電抗性負載。基本上將電抗器并聯以獲得無功補償效果，使用此設計方式，可以提高感應無功功率利用率，以使感應電功率與電力系統的容性功率出現平衡。無功補償設計方式注重減少在傳輸過程中損耗過多電壓。但是，如果在無功補償中使用電抗器設計，則當負載容量隨線路容量增加而主電源系統感應的電抗性降低時，可以保證電抗器內的電壓平衡。電抗器內的平衡反應可以防止電力系統內部電壓的升高，從而保持電力系統的穩定運行。

2.3基于模糊-改進型PI控制的SVG與LC協調控制策略

SVG+LC無功補償系統在進行聯合調節時需達到以下3點：（1）負載無功突變時，LC來不及動作，SVG要快速實時響應，然后LC啟動有級投切，SVG逐漸減少輸出對所缺無功精確補償。（2）系統補償無功達到動態平衡后，SVG需要保留足夠的無功補償余量，為下次的負載無功突變做準備。（3）盡量保持SVG直流側電壓Udc不變，以提升裝置的響應速度和補償精確度。為滿足以上控制目標，本文提出了如圖1所示的協調控制方案，圖中Qsvg為SVG的無功輸出值，Qc為一臺LC的無功輸出值，Qsvg的最大無功輸出值為Qc，K為系統中未運行的LC組數，Qlim為SVG的初始限值，Qlack為LC投入運行后系統所缺無功。其控制策略首先檢測LC組數的投切狀態，當系統任意相電壓U?[0.95p.u.，1.05p.u.]時，而SVG輸出已達容性上限時，若站內有LC沒有投入運行，則可根據無功功率缺額投入相應的組數，若LC均處于閉合狀況，則可將SVG的輸出容性上限逐漸上調，為了使SVG保持有充足的無功余量，一般SVG容性上限的峰值不高于負載額定容量的一半，處于這種協調控制策略下，SVG的無功輸出值根據系統電壓的變化實時調整，同時留有充足的備用余量應對負載無功的突變，該協調控制策略下的補償效果時序圖見圖2。

4變電設計中應用無功補償應該注意的問題

4.1無功補償電路運維及安全

對于無功補償電路，必須定期進行維護。維護工作要對整個供配電系統一起進行，維護周期是每天定時巡查兩次，每季度停電檢查一次，每半年清潔設備一次;配電室要求做到恒溫恒濕，防潮防塵防鼠。停電檢查的項目包括：隔離總開關、保險、交流接觸器、控制繼電器、指示電路，各連接線等是否良好;阻流圈，電容器組是否正常，必要時要測量其參數;人工試驗控制器工作是否正常，各項正常后才可投入自動運行。

4.2防止電力系統產生諧振

居民的日常生活中的使用電情況直接取決于電力系統是否穩定。此外，電網問題不僅明顯影響人們的正常生活，而且還可能阻礙某些項目的完成。但是，由于電力系統的總體覆蓋范圍較大，并且在成本、修護和操作方面存在問題，因此無法預估損失，即使能夠控制空間，但也存在無法避免的人員問題。鑒于當前情況，有必要采取某些措施以避免出現更為嚴重的后果，通過增加有線設備的數量并控制其質量的方式，可以減少風險的發生。

結語

合理地選擇配電網無功補償裝置，可降低電網的消耗。在實際應用中，應根據無功功率的大小確定適當的補償容量及安裝方式，應按照“全面設計規劃﹑合理布局、分級分層補償﹑就地平衡”的原則。我國的用電狀況表明我國仍存在電力分配不均的現象。無功補償裝置在有效改善電網質量和傳輸效率以及減少電網運行過程中的損失方面起著重要作用。通過在變電設計中很好地設計無功補償裝置，可以有效地維護電網的穩定性和安全性，也可以促進社會和經濟發展并可以維護人們正常的用電生活。因此，必須建立完善的監管制度來提高變電運行管理水平以取得最大的補償效益，綜合運用發揮各種補償方式的長處，真正做到變電無功功率最優化

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