小议电力工业无功补偿的原则与途径

宋政华1吴俊杰1李忠军2

摘要:电力系统的各节点无功功率平衡决定了该节点的电压水平，由于当今电力系统的用户中存在着大量无功功率频繁变化的设备；如轧钢机、电弧炉、电气化铁道等。同时用户中又有大量的对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。因此迫切需要对系统的无功功率进行补偿。本文根据无功功率的平衡原理,依据无功补偿的原则，介绍无功补偿和电压优化控制原理及流程。

关键词:无功功率电压实时补偿

0引言

随着我国电力工业的迅猛壮大，电网逐步扩张，电力负荷增长很快，电压等级越来越高，电网、发电厂以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。但是，由于地理环境、燃料运输、水资源及经济发展规模等诸多因素的影响，致使电源(发电厂)分布不均衡，要保证系统的稳定和优良的电能质量，就必须解决远距离输电、电压调节及无功补偿等问题。

1无功功率的平衡

欲维持电力系统电压的稳定性，应使电力系统中的无功功率保持平衡，即系统中的无功电源可发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。系统中无功功率的平衡关系式如下：

Qgc-Qld-Ql=Qr

式中Qgc——电源发出的无功功率之和；

Qld——无功负荷之和；

Ql——网络中的无功损耗之和；

Qr——系统可提供的备用无功功率。

Qr>0，表示系统中无功功率可以平衡而且有适当的备用；Qr<0，表示系统中无功功率不足，此时，为保证系统的运行电压水平，就应考虑加设无功补偿装置。

Qgc包括全部发电机发出的无功功率Qg和各种无功补偿装置提供的无功功率Qc，即

Qgc=Qg＋Qc

1.1补偿容量不足时的无功功率平衡进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压质量就得不到保证。在图1所示的系统无功功率负荷的静态电压特性曲线中，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率Qgcn，由无功功率平衡的条件Qgcn-Qld-Ql=0决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为Qgc(Qgc<Qgcn)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于Un。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。

1.2系统无功功率电源充足时的无功功率平衡在正常情况下(系统电压为额定电压)，系统无功电源Q同电压U的关系为曲线1，负荷的无功电压特性为曲线2，两者的交点a确定了负荷节点的电压Ua。

当负荷增加时，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线2的交点a＇就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ua′，显然Ua′<Ua,说明负荷增加后，系统的无功功率电源已不能满足在电压Ua下的无功平衡，只能降低电压运行，以取得较低电压下的无功功率平衡；但如果系统无功电源比较充足，通过补偿，电源的无功特性将上移到曲线1′的位置，从而使曲线1′与2′的交点c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Ua。由此可见，若系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平；反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。

2无功补偿原则

国家《电力系统电压和无功电力技术导则》规定，无功补偿与电压调节应以下列原则进行。①总体平衡与局部平衡相结合；②电力补偿与用户补偿相结合；③分散补偿与集中补偿相结合；④降损与调压相结合，以降损为主。

无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输。

3无功补偿的作用及获得途径

3.1无功补偿的作用主要有：①提高电网及负载的功率因数，降低设备所需容量，减少不必要的损耗。②稳定电网电压，提高电网质量。而在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的稳定性及输电能力。③在三相负载不平衡的场合，可对三相视在功率起到平衡作用。

3.2提供无功功率的途径大致有以下几种：①同步发电机：调整励磁电流，使其在超前功率因数下运行，输出有功功率的同时输出无功功率；②同步电动机：与同步发电机一样可提供无功；③同步调相机：当同步电机空载运行而仅向电网输送无功功率时，便被称为调相机。④静止无功补偿装置：早期为饱和电抗器型的，目前较先进的采用了自换相变流电路。⑤并联电容器：可提供超前的无功功率以补偿感性负荷，多装于降压变电所，还可就地补偿。

在配网中，无论是工业负荷还是民用负荷，大多为感性，所有感性负荷都要消耗无功功率，所以往往采用电容器补偿的方式。尤其是在400V的低压配网中，由于并联电容器简单经济，再配以智能型的无功功率补偿控制器，使得补偿方式方便灵活，补偿容量更趋合理。

按照上述方案实施无功补偿和电压调节，使无功功率得到了自动实时补偿，实现从离线处理到实时处理,从就地平衡到全网平衡,从单独控制到集中控制，避免了人工监视、手动投切的各种弊端，如响应慢、误操作、工作量大等，电压水平的合格性和稳定性得到了显著提高，整个电网的网损降到了尽量低的程度。该系统方案在电力系统具有良好的应用前景。