電力配網(wǎng)系統(tǒng)的無功補償及其優(yōu)化的研究認識實踐

張毅

摘要：我國電力能源的迅速發(fā)展，使得電力能源的供應(yīng)問題日益突出。對電力系統(tǒng)在運行中進行無功補償以及無功優(yōu)化措施都提出了較高的要求，但是從現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)的運行狀況來看，我國的無功優(yōu)化在控制過程中還存在一定的問題，主要表現(xiàn)在控制算法以及實際應(yīng)用中。無功優(yōu)化的主要作用是通過一定的控制手段，使電力系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定與高效的運行，以保證電力企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。因此，電力行業(yè)的工作人員，要在總結(jié)工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，積極探索無功補償與無功優(yōu)化的最佳方案。本文分析了電力系統(tǒng)無功補償優(yōu)化規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);無功補償;優(yōu)化規(guī)劃

近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷得到發(fā)展與完善，為國家的工業(yè)生產(chǎn)居民生活等方面提供了越來越多的電力能源。隨著用電結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化以及用電需求的增加，對電力能源的供求平衡提出了越來越高的要求，電力工作人員也不斷的尋找優(yōu)化電能供應(yīng)的方式。在長期實踐的基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)人員從電網(wǎng)傳輸?shù)南慕嵌?，探討電力系統(tǒng)的無功補償，以解決當前形勢下電力能源供求不平衡的關(guān)系。

一、概述

1.無功補償?shù)母拍?。無功功率補償就是指在電力系統(tǒng)中為了使功率因數(shù)作用提升而運用的一種補償方法，其應(yīng)用能夠使供電效率得到增強，使供電環(huán)境得到改善。由此，無功補償在電力系統(tǒng)中占據(jù)的作用非常大，能夠最大限度的將電網(wǎng)損耗減少，使電網(wǎng)運行質(zhì)量提升。

2.無功補償?shù)脑砗鸵饬x。在電力系統(tǒng)，電網(wǎng)功率的輸出方式有兩種，即為有功功率和無功功率。而無功功率與有功功率最大的區(qū)別就在于無功功率不損耗電能，而是通過其他的形式把電能轉(zhuǎn)化為能夠使電氣設(shè)備運作的其他功能，如電容器建立電場所占的電能就是無功功率。而無功功率補償，就是使感性負荷所需要的無功功率由容性負荷輸出，無功功率補償不僅減少發(fā)電、供電設(shè)備的設(shè)計容量，可以大幅度地減少資金投入，而且可以減低線損，線損的減低直接關(guān)系著供電部門的經(jīng)濟。比如：在功率因數(shù)增大至0.9以后，則要在系統(tǒng)中安裝一個可以省點的電容器，通過實踐顯示，安裝以后，能夠節(jié)省的電容量為0.67KW;但如果增加至了0.89KW，則表示原有的設(shè)備其供電容量增大了。

二、電力系統(tǒng)無功補償優(yōu)化規(guī)劃

在電力系統(tǒng)中，電壓與無功功率也是一對統(tǒng)一體。當系統(tǒng)發(fā)出的無功功率大于負載所消耗的無功功率時，系統(tǒng)電壓就會升高，當系統(tǒng)發(fā)出的無功功率小于負載所消耗的無功功率時，系統(tǒng)電壓就會降低，無功功率嚴重不足時，會造成電力系統(tǒng)電壓急劇下降，可能會使系統(tǒng)瓦解，造成電網(wǎng)大面積停電。電力系統(tǒng)會采用大量的無功補償裝置，為避免輸電系統(tǒng)長距離傳輸無功功率而增大無功損耗，電力系統(tǒng)基本在受電端安裝無功補償裝置即采用就地平衡的原則以保證系統(tǒng)各樞紐變電站的電壓能夠滿足規(guī)定的要求。

1同步發(fā)電機

同步發(fā)電機可以認為是原始的無功補償裝置。在電力系統(tǒng)中，它既能夠輸送有功也能夠輸送無功。通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓，可以保證網(wǎng)絡(luò)的電壓控制。發(fā)電機無功功率的調(diào)節(jié)，是保證電網(wǎng)電壓的主要措施，還可以通過調(diào)節(jié)運行方式控制系統(tǒng)的多余的無功功率。同步調(diào)相機可以看成是一種不帶任何負載的同步電動機，其補償特點是既能過勵磁運行，發(fā)出感性無功功率使電壓升高，也能欠勵磁運行吸收感性無功功率使電壓降低。早期對功率因數(shù)補償要求較高的場合，通常采用這種方式，有時，這種電機也稱之為同步補償機。由于同步調(diào)相機相當于空載運行的同步電動機，也即是一種基于旋轉(zhuǎn)電機的補償設(shè)備，它還有一定的電機旋轉(zhuǎn)損耗，但它可以通過增加勵磁向電網(wǎng)發(fā)出無功。在過勵磁運行時，它向系統(tǒng)提供感性無功功率，因而也稱之為無功電源，此時，同步調(diào)相機的功能如同電容器;在欠勵磁運行時，它從系統(tǒng)吸取感性無功，其功能相當于一個電感。由于實際運行的需要和對穩(wěn)定性的要求，欠勵磁運行方式的最大容量只有過勵磁容量的50%～60%，裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機能根據(jù)裝設(shè)地點的電壓等級要求平滑改變輸出（或吸收）的無功功率，以實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。

2.并聯(lián)電容器組

并聯(lián)電容器組作為一種簡單而又經(jīng)濟的補償方式得到了廣泛應(yīng)用，其通常與斷路器組合使用，也用于系統(tǒng)節(jié)點永久性連接。在現(xiàn)場，電容器以并聯(lián)的方式使用最為普遍，該方法十分靈活，有分散、集中以及分相等形式。并聯(lián)電容器組作為無功補償?shù)姆桨?，具有成本低、維護簡單、損耗非常低的優(yōu)點，其不足之處是不能夠連續(xù)可調(diào)、動態(tài)無功調(diào)節(jié)性能較差，因此在電壓降低時反應(yīng)不可靠。此外，系統(tǒng)中的電容器組有可能導致諧波放大，促使電流增大，有引起電容器發(fā)熱甚至爆炸的危險，運行中應(yīng)加以注意。開關(guān)一般分為斷路器開關(guān)和電力電子開關(guān)。斷路器開關(guān)屬于機械式，時延較大，很難滿足電力系統(tǒng)快速動態(tài)變化的要求，其開關(guān)過程容易引起操作過電壓和過電流，燒壞設(shè)備的觸點，并使電容器組承受很大的沖擊電流，導致故障或燒毀。而電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來了新的可能，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確投切的作用。無功功率是保證電力系統(tǒng)正常運行的非常重要的參數(shù)。為了保證電力系統(tǒng)正常運行，電源端向負載輸送的功率有兩種，其一為有功功率，其二為無功功率。前者是保證電氣設(shè)備正常運行而需要的電功率，后者是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥芰康碾姽β剩ㄈ鐭崮?、光能、動能等）。有功功率是實在的、消耗的能量，無功功率則是為了系統(tǒng)內(nèi)電場與磁場的轉(zhuǎn)換而需要的電功率。

3.提高用電設(shè)備的功率因數(shù)

根據(jù)物理電能公式推論，電力系統(tǒng)運用無功補償后，負載電流明顯減低，輸電線路的能耗明顯下降。由于電力系統(tǒng)中不存在純電阻，因此功率因數(shù)規(guī)定在0～1范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備（變壓器等）會產(chǎn)生大小不一的無功功率，輸電線路存在一定程度的電能損耗，此時電容器提供無功補償，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，功率因數(shù)大于0.9，電力系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)提高，可以有效提高電能計量的準確性，使用戶實際用量和電能計量相符。單純從計量角度去說，功率因數(shù)的高低，對有功電能的計量精度影響不大，但從整個用電系統(tǒng)來說，功率因數(shù)提高了，既不過補，又不欠補，總用電電流就會相應(yīng)減小，線路上的損耗電量就會減小，會節(jié)省一部分電能，有功表會少走一些。

4.補償三相不平衡

補償三相不平衡是通過負荷的需要和不同負荷狀態(tài)存在不同的無功補償，來達到三相不平衡補償?shù)膶嶋H需求的目的，該無功補償方式對電能計量的準確性影響較大。電力系統(tǒng)出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象時，會出現(xiàn)零序和負序的狀況，通過無功補償后，電力系統(tǒng)的負荷逐漸平衡。三相不平衡通過排除無功功率對輸電系統(tǒng)影響，來保證電能計量的準確性，根據(jù)三相不平衡的無功功率的大小，選擇合理的電容器，可以有效降低無功功率對電能計量的影響。

我國的電力能源逐漸得到了較為廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸步入節(jié)約型社會的發(fā)展狀態(tài)。為進一步極強對能源的節(jié)約，在電力系統(tǒng)的運行中加強對無功補償與優(yōu)化方式的探索，一方面能夠降低電力系統(tǒng)在電能輸送中的損耗，另一方面能夠節(jié)約電力系統(tǒng)的運行成本，使得電力企業(yè)的經(jīng)濟效益最大化。這對保障居民用電穩(wěn)定以及提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益等都有著積極意義。

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