無功補(bǔ)償技術(shù)在供配電系統(tǒng)中的運(yùn)用研究

潘澤秋

摘 要：電路系統(tǒng)內(nèi)，低壓電網(wǎng)運(yùn)行中往往會存在無功功率和設(shè)備損耗，容易導(dǎo)致輸電的電流增加，影響線路設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。通過無功補(bǔ)償可以降低低壓電網(wǎng)中的無功功率，提升功率系數(shù)，提升電網(wǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償;供配電

1、引言

由于目前火力發(fā)電仍然是主要的發(fā)電形式，其在消耗較多煤炭和石油等不可再生能源的同時(shí)，也容易對環(huán)境造成污染。目前新型綠色能源正在興起，如光伏和風(fēng)電，然而因其在發(fā)電過程中存在較為明顯的波動(dòng)，會對整個(gè)供電配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。為保證電廠發(fā)電穩(wěn)定性，一般會進(jìn)行無功補(bǔ)償。另外企業(yè)運(yùn)行過程中，低壓電網(wǎng)中往往會存在大量的電感性負(fù)荷，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的無功功率增加，影響電網(wǎng)的輸電效率。由于無功功率的存在，導(dǎo)致功率系數(shù)降低，而輸電電流增加，影響輸電網(wǎng)絡(luò)的線路和電氣設(shè)備受到不同程度地影響。為了有效地對該問題進(jìn)行解決，需適當(dāng)?shù)卦黾訜o功補(bǔ)償?shù)难b置，保證功率系數(shù)維持在合理范圍，減少體系運(yùn)行的損耗。

2、無功補(bǔ)償技術(shù)原理及應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

無功功率是電能沒有進(jìn)行消耗，只是能量從電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，此能量可以與電能進(jìn)行周期性的相互轉(zhuǎn)化。如電磁元件通過磁場進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化、電容器通過電場進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化。在實(shí)際的配電網(wǎng)中，如果電流分別在電磁元件和電容器器件上產(chǎn)生電能轉(zhuǎn)化，即電能在元件上做功，會使得電流和電壓出現(xiàn)不同相的變化，電磁元件使得電流比電壓超前90°，而電容元件使得電流比電壓滯后90°，并且在同一電路中，電容電流和電磁電流完全相反，相位相差180°，此時(shí)通過在電路中設(shè)置合適的電容元件，使得電感電流和電容電流可以相互進(jìn)行抵消，減小電流和電壓之間的矢量夾角，提升整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

2.2 應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）集中補(bǔ)償與工廠用電匹配情況

目前，我國工廠內(nèi)關(guān)于用電情況具有明確的規(guī)定，需要對線路中的損耗問題進(jìn)行嚴(yán)格控制，同時(shí)保證輸電電網(wǎng)的穩(wěn)定性。另外，目前企業(yè)為了達(dá)到降低負(fù)荷、降低損耗的目的，對電動(dòng)機(jī)均進(jìn)行技術(shù)改造升級，通過升級后往往需要對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行控制，而最終體現(xiàn)出的情況就是集中補(bǔ)償方式逐漸與企業(yè)實(shí)際的用電需求不相符。

（2）集中補(bǔ)償對于供電線路的影響

采取集中補(bǔ)償方式能夠?qū)Σ糠譄o功功率和損耗進(jìn)行改善，但對于大部分無功功率的降低，其效果并不好。因此集中補(bǔ)償方式容易導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)超負(fù)荷的情況，影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)斐勺儔浩骶€路的損害，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)跳閘，影響穩(wěn)定供電。

（3）集中補(bǔ)償方式對于成本運(yùn)營的影響

集中補(bǔ)償方式不能有效地降低無功功率和損耗情況，同時(shí)此補(bǔ)償方式也會加重項(xiàng)目的前期成本投入，使得企業(yè)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性受到影響。而對于集中補(bǔ)償，就地補(bǔ)償模式可以降低約30%的變壓器容量，能夠有效降低設(shè)備的投入費(fèi)用。

鑒于采取集中補(bǔ)償方式的局限性，為了更好地保證無功功率和損耗的降低，企業(yè)需要根據(jù)自身的特點(diǎn)，優(yōu)化補(bǔ)償方式?？梢圆捎镁偷匮a(bǔ)償、車間補(bǔ)償或多種補(bǔ)償方式并行的模式進(jìn)行電網(wǎng)的優(yōu)化改進(jìn)。另外，對于新供電系統(tǒng)而言，更需要從源頭開始做好方案優(yōu)化，確保補(bǔ)償方式的有效性

3、建筑供配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方式

根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用情況，可以分為集中補(bǔ)償和分散式補(bǔ)償兩種。其中對于企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用的補(bǔ)償類型為集中補(bǔ)償，而對于電網(wǎng)線路而言，補(bǔ)償模式為分散性補(bǔ)償。相對于分散性補(bǔ)償方式，集中補(bǔ)償具有管理簡便，電阻器的控制可以通過自動(dòng)模式，也可使用手動(dòng)模式。另外，集中補(bǔ)償更具有適用性程度高，供電質(zhì)量能夠得到有效提升。但集中補(bǔ)償無法有效降低企業(yè)內(nèi)部的無功功率和電能消耗，同時(shí)對于線路也會產(chǎn)生一定的影響。

4、實(shí)例探析無功補(bǔ)償技術(shù)在供配電系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）SVG無功補(bǔ)償應(yīng)用

SVG無功功率即靜止無功發(fā)生器，通過調(diào)節(jié)電路交流測的電壓相位和幅值或者直接對交流測電流進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對控制電路的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。SVG無功補(bǔ)償方案是目前無功功率控制方式中的最佳方案，具有不可比擬的優(yōu)勢。

SVG無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用效果主要體現(xiàn)在工廠供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，SVG無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢可以體現(xiàn)為：（1）能夠有效維持電壓的穩(wěn)定，通過無功補(bǔ)償能夠有效減小電網(wǎng)內(nèi)的電壓波動(dòng)情況。SVG自動(dòng)補(bǔ)償具備自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。通過輸出電壓情況對無功功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。輸出電壓大，無功功率數(shù)值相對較小;而輸出電壓低，無功功率也比較大，通過無功功率的自動(dòng)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)35KV的線路，電壓浮動(dòng)保持在0.3%范圍內(nèi)。（2）SVG無功補(bǔ)償具有較高的響應(yīng)能力，反應(yīng)迅速。例如在城市軌道交通應(yīng)用中，如果出現(xiàn)電壓突然波動(dòng)，跌落的情況，SVG裝置能夠有效地對電壓進(jìn)行支撐，避免線路因系統(tǒng)故障導(dǎo)致短路故障。

（2）諧波治理與無功補(bǔ)償

FC+SVG方案

主要的工作原理是對為諧波電流配置適宜的分支電路和電抗串聯(lián)回路。通過低阻抗通道實(shí)現(xiàn)對諧波電流的過濾和消除。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)的電壓相位和幅值、對交流側(cè)的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康?。對于諧波的變化，該方案模式能夠直接接入治理，快速處理無功功率的變化（一般小于10毫秒），實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

FC+MSVC方案

主要的工作原理是對為諧波電流配置適宜的分支電路和電抗串聯(lián)回路。通過低阻抗通道實(shí)現(xiàn)對諧波電流的過濾和消除。通過MCR模塊對系統(tǒng)內(nèi)的無功功率數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理分析，通過自動(dòng)控制晶閘管，改變磁飽和度，實(shí)現(xiàn)電抗值的可連續(xù)變化性，從而實(shí)現(xiàn)對于電抗器的控制，最終實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償。

SP-APF++方案

該方案的主要原理是檢測系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)的諧波分布和強(qiáng)度進(jìn)行檢測，最終利用電子晶閘管組成的并聯(lián)變流器產(chǎn)生與系統(tǒng)內(nèi)諧波強(qiáng)度相同，相位相反的電流，從而實(shí)現(xiàn)對諧波進(jìn)行抵消，從而達(dá)到濾波的目的。

5、結(jié)語

無功功率補(bǔ)償措施可以有效改善供配電質(zhì)量，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。通過對無功補(bǔ)償方式的應(yīng)用情況，可以看出供配電系統(tǒng)中應(yīng)該根據(jù)具體的特點(diǎn)選擇適宜的補(bǔ)償方案，更能有效改進(jìn)功率系數(shù)，進(jìn)而提升電能質(zhì)量。

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