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浅析电力系统无功功率及电压控制

作者：全敏；吴家雷日期：2013-12-10 09:22 来源：《电子制作》

湖南东江水力发电厂沙田电站湖南汝城 424100

【文章摘要】
电力系统中存在有功功率和无功功率，无功补偿是指在不影响有功功率输出的情形下将无功功率转为有功功率，使用无功补偿原理能优化电力系统。本文着重研究有功补偿的原理及就用形式，并对目前常用的几种无功补偿设备进行研究。
　　　
【关键词】
电力系统；无功功率；电压控制
　　　
0 引言
在电力系统中，如果有功功率完成的是电力系统能量的转换，那么无功功率则是帮助电力系统完成能量转换而耗掉的功率，在设计一台电力系统时不可能存在不使用无功功率只出现有功功率可能性。
1 无功功率的产生及作用
所谓的有功功率是指电力设备产生功率时，它能直接转化为能量。比如6 千瓦的电动机直接转为6 千瓦的能量，此时它的所有功率都是有功功率。然而将电能接全部转化为有功功率只是理想中的设计。实际上这台设备使用6 千瓦的电它可能只产生5 千瓦的能量，它的另1 千瓦能量有可能为了维持电动机的运转而被使用，此时不能直接产生出来的功率就被称为无功功率。无功功率并不是没有用处的，从以上的例子能看到如果说有功功率是直接产生能量，那么无功功率是为了让有功功率能完成转化的过程而被耗损掉。没有无功功率就无法完成有功功率的能量实现。
2 无功补偿
2.1 无功补偿的原理
如果将电力系统产生的功率视为：总功率有功功率+ 无功功率，那么从以上原理中可以看到，无功功率是帮助有功功率产生的重要能量。然而在电力系统中如果串联上具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷装置，那么电力系统需要的感性负荷将会减少，此时它能减少无功功率同样能维护电力系统的运转，此时无功功率就能变为有功功率产生能量。无功补偿能在保持电力系统功能运转不变的前提下减少无功功率的消耗。在电力系统中，无功补偿的原理能起到重要的做用：它能将更多的无功功率转为有功功率，使电力系统运转时需要的成本降低；如果采用无功补偿，它能无形中加大有功功率的作用，因此它在降低电容的情形下保持电力系统设备的功率，降低电力系统的使用成本；如果电力系统可以降低电容设计，那么就可以降低电力系统使用时的线损。因此电力系统中要尽量使用无功补偿的方式，避免电力系统不需要的功率消耗。
2.2 无功补偿的形式
在电力系统中，为了尽量减少无功消耗，因此无功补偿的原理常常被电力系统使用。通常它以以下的方式实现：
变电站补偿方式，它是指将无功补偿的原理超接接在变电站的母线上，让变电站运行时就能得到无功补偿，该种方式设计简单、使用容易、便于维护，然而在部份场合它不能起到应用的作用。配电线路补偿方式，它是指在配电线路上应用无功补偿的原理，该种方式虽然也设计容易、便于使用，然而它能起到的效果与电网中通过的负荷有关，如果供电系统负荷极重，且电力系统长期三相不平衡，那么它也无法起到无功补偿的作用。随机补偿的形式，它也指就地补偿的形式，它是在发动机上应用无功补偿的原理，一旦电动机开始应用，它就能完成无功补偿的效果，该种方式应用起来效率好、便于安装、变于维护，适用性极强。随器补偿的形式，它是安装在电压器量侧，随变压器一起运行，为变压器提供无功补偿，然而电力系统中常常要使用各种变压器，如果每台变压器都安装无功补偿设备，则不够经济。跟踪补偿的形式，它是指随着设备设计的无功补偿形式，然而用户使用的电力设备比较多、运行的环境也较复杂，如果每台设备都专门设计无功补偿形式，则要增加生产的成本。
从电力系统中使用的无功补偿方式可以看到，它用三种形式作无功补偿：集中补偿，它是指在配电网上直接作无功补偿设计；分组补偿，它是指根据电压、电容等设备设计的无功补偿；单机补偿，这是指如果某种设备如果使用无功补偿可以提高效益，那么可以在该台设备上应用无功补偿原理进行设计。无功补偿的原理虽然能降低成本，然而在实际使用该种原理时，要根据电力系统的实际情况采用合适的情况进行无功补偿的设计和使用。电力系统并不是任何设备、随时随地都需要使用无功补偿设备，如果使用不当，将有可能只是无谓的浪费成本。
2.3 无功补偿设备
通常集中补偿形式与分组补偿形式都要根据具体的情况决定能否使用无功补偿，那么单机补偿的方式则比较灵活，电力系统根据实际情况使用单机补偿的形式也能降低成本。然而使用怎样的设备则需要仔细选择。目前无功补偿设备主要分为以下几种：
（1）同步调相机
它的使用原理是在没有励磁状态的情形下为电力系统提供感性负载，让设备具有无功补偿的功能。它提供无功补偿功能时必须是在转动的情形下，它的噪音大、使用造成的损耗大、不便于维护，目前普遍不再使用该种设备。
（2）开关投切固定电容
该种方式虽然有一定的无功补偿作用，然而它不便于手动操作，如果出现过度补偿或者补偿不够，也无法对它进行操控。该种方式虽然使用方便、使用成本小、然而无法对它自由操控却是它的极大欠缺。
（3）静止无功补偿
该种设备是将电容和电感合在一起，通过单片机控制进行无功补偿。这种方式补偿精准、响应速度快、使用危险性小、不需要人工操作。它目前被广泛使用在配电网上。通过静止无功补偿设备使用，它能极大的减力配电网运行的成本。
（4）静止无功发生器
它又称为高压动态无功补偿发生器，该种设备是使用电力半导体桥式变流器来动态的完成无功补偿方式，它打破传统的静态补偿原理，能用更科学的方式完成补偿功能。该种设备目前技术尚未完全成熟，然而它的原理已经给无功补偿装置提供新的方向，经过不断的调试，它将会应用在交流输电系统与定制电力系统中，使电力系统的运行更具效率。
3 结语
无功补偿设计是电力系统设计的重要环节。通过合理的无功补偿设计，电力系统的运行能极大的降低成本。而怎样将无功补偿设计应用到电力系统中，是目前人们正在探索的。应用最合理的无功补偿形式、使动态的无功补偿方式是未来电力系统无功补偿应用的方向。
【参考文献】
[1] 王正风. 徐先勇. 司马峰. 电力系统无功功率的最优分布——等网损增率准则和最优网损微增率准则的接合[J]. 扬州电力，2004（6）.
[2] 胡彩娥. 杨仁刚. 用电力系统分区方法确定无功源最佳配置地点[J]. 电力系统及其自动化学报， 2004（3）.
[3] 刘建强. 配电网四种无功补偿技术方案比较[J]. 电力技术杂志， 2003（3）.
【作者简介】
全敏，男，汉，本科，助理工程师，沙田电站技术员。
吴家雷，男，汉，本科，助理工程师，沙田电站技术员。