電網(wǎng)電壓穩(wěn)定與無功功率補償?shù)南嚓P性研究

嚴俐

文章編號：2095-6835（2016）07-0113-01

摘 要：目前，大面積停電事故在國內(nèi)外時有發(fā)生，而導致電壓崩潰的直接原因多與無功功率有關。由此可見，電壓的穩(wěn)定與無功功率密切相關?；趯﹄妷悍€(wěn)定性的分析，對無功功率的補償方法進行了研究，并提出了提升電壓穩(wěn)定性的方法。

關鍵詞：無功功率；電力系統(tǒng)；TCR；SVC

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.113

研究表明，電壓的穩(wěn)定與無功功率是密不可分的，國內(nèi)外出現(xiàn)的大規(guī)模停電事故與無功功率引起的電壓崩潰有關。無功功率可引發(fā)兩種形式的電壓崩潰，因此，需要加強對電壓穩(wěn)定與無功功率補償?shù)南嚓P性研究，對電力系統(tǒng)進行合理的無功配置，從而有效保證各地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，提高居民安全用電的水平。

1 電壓穩(wěn)定概述

電壓穩(wěn)定是指系統(tǒng)母線受到擾動后維持穩(wěn)定的能力。根據(jù)擾動作用的不同，可將電壓穩(wěn)定分為靜態(tài)電壓穩(wěn)定和大擾動電壓穩(wěn)定。前者主要指電壓受到較小的擾動，比如負荷增加等；后者主要指電壓受到較大的擾動，比如發(fā)電機出現(xiàn)嚴重的故障等。

2 無功功率補償

電力系統(tǒng)中采用的改變無功功率流動、提高電壓水平、減小網(wǎng)絡損耗和改善動態(tài)性能等措施統(tǒng)稱為無功功率補償。在電力系統(tǒng)中，無功功率會影響電壓水平，而利用傳統(tǒng)的d△Q/dU可解釋這種物理現(xiàn)象。d△Q/dU是指電力系統(tǒng)中某負荷節(jié)點無功功率的不平衡量和電壓的導數(shù)。如果d△Q/dU=0，則表示該節(jié)點處于電壓穩(wěn)定與電壓不穩(wěn)定的臨界點；如果d△Q/dU>0，則表示該節(jié)點的電壓不穩(wěn)定；如果d△Q/dU<0，則表示該節(jié)點的電壓穩(wěn)定。

無功功率不僅會導致電壓降低、電阻發(fā)熱損失增多，而且無法做有效功，因此，需要補償無功功率。合理補償無功功率是電力系統(tǒng)規(guī)劃設計中的重要內(nèi)容之一，合理設置補償容量也是電力系統(tǒng)調(diào)度中的主要工作之一。合理的無功功率補償可提高電網(wǎng)的運行質(zhì)量，反之，則會造成電壓波動等不良后果。

3 電壓穩(wěn)定的方法探究

3.1 合理利用無功補償裝置

無功補償裝置有利于系統(tǒng)電壓恒定能力的提升。因此，在系統(tǒng)線路的設計中，應合理利用無功補償裝置，且輸電線路應以多回路形式為主，具體如下。

應調(diào)節(jié)變化狀態(tài)下的無功功率，而應用SVC和SVG的調(diào)節(jié)效果良好，可實現(xiàn)快速跟蹤補償。如果將其與同步補償機配合運用，則保持電壓穩(wěn)定的效果更加明顯，且能有效避免電壓崩潰。在應用SVC和SVG時，應先確定其極限值，如果電網(wǎng)系統(tǒng)的擾動超出其極限值，則跟蹤補償功能將受到影響。

隨著電網(wǎng)負荷結構的改變，傳統(tǒng)的無功補償裝置已無法適應電力系統(tǒng)的需求。由電力器件組成的靜止無功補償器可隨時調(diào)整無功功率，從而保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。該裝置不僅可有效抑制高次諧波和提高功率因數(shù)，還可實現(xiàn)快速無功補償。TCR（可控空心電抗器）是常見的靜止無功補償器之一，與其他補償器相比，TCR的反應更靈敏、價格更低廉、運行更可靠。以TCR在某電網(wǎng)系統(tǒng)中的應用為例，分析了該補償器的應用效果。TCR等效電納的計算公式為：

B= . （1）

式（1）中：α為晶閘管延遲角；L為電感；w為基波角頻率。

由式（1）可以看出，B是α的連續(xù)函數(shù)，因此，改變α即可改變該補償器的等效電納。在本案例中，電網(wǎng)系統(tǒng)采用TCR后可及時調(diào)整等效電納，且可有效抑制沖擊性負荷引起的電壓閃變。此外，當電網(wǎng)出現(xiàn)容性無功不足時，可投入使用TCR。

3.2 改善輸電系統(tǒng)無功功率的特性

采用多回路輸電線路可提升輸電系統(tǒng)的電壓等級和提高電壓恒穩(wěn)能力。因此，可借助串聯(lián)電容器或并聯(lián)電容器實現(xiàn)此目的。使用串聯(lián)電容器可減少輸電線路的電抗和降低無功損耗，從而使輸電系統(tǒng)傳送更多的無功功率。雖然電容器的并聯(lián)使用可能會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的情況，但采取適當使用的方法便可解決電壓不穩(wěn)的問題。

3.3 運用低功率因數(shù)發(fā)電機

合理運用發(fā)電機組可有效避免電壓崩潰的發(fā)生。而低功率因數(shù)發(fā)電機具有良好的運行效果，可將其用于無功短缺地區(qū)和無功儲備較大的地區(qū)，從而改善無功功率的分布，促進電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。

3.4 保持系統(tǒng)無功功率的供需平衡

無功功率的供需平衡會影響電壓的穩(wěn)定性，因此，相關人員應采取相應的措施保持系統(tǒng)無功功率的供需平衡。常采用的措施有以下3種：①增大發(fā)電機相位超前的容量，從而強化電網(wǎng)結構；②在勵磁機中裝設無功補償設備；③當電壓不穩(wěn)定時，應保證多數(shù)發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。

3.5 低電壓甩負荷

低電壓甩負荷是一種靈活、經(jīng)濟的穩(wěn)定電壓的方法，也是低功率因數(shù)發(fā)電機常用的改善措施之一?；谝淮螠y電壓，低電壓甩負荷可降低一定的負荷，避免出現(xiàn)電壓崩潰的情況，這種方法在靜態(tài)穩(wěn)定受端系統(tǒng)中的作用非常明顯。

4 結束語

綜上所述，受我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大的影響，電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，嚴重影響了電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。由于電壓的穩(wěn)定性與無功功率有重要的聯(lián)系，因此，應加強對無功功率的補償。通過改善無功功率的分布，比如，采用合理安置無功補償裝置、改善輸電系統(tǒng)無功功率的特性、運用低功率因數(shù)發(fā)電機、保持系統(tǒng)無功功率的供需平衡、低電壓甩負荷等措施，從而提升電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，為電力系統(tǒng)的安全運行奠定基礎。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕