浅谈无功补偿及其对系统的影响

摘要

电压是电能质量的重要指标之一，线损是电力企业的一项重要综合性技术经济指标。长期以来电力系统线路损耗问题比较突出，而无功补偿是降低线损的有效手段。随着电力系统负荷的增加，对无功功率的需求也日益增加。在电网中的适当位置装设无功补偿装置成为满足电网无功需求的必要手段。提高电压质量、降损节能是供电企业当前的工作重点之一．对电网给予合理的无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，降低有功线损，提高电网输送容量满足负荷的无功需求。

关键词：电力系统；无功补偿；电压质量；降低线损

中图分类号：F407.61文献标识码：A

1 关于无功补偿

1.1 无功补偿的意义

功率的大小表示了电源和负荷电感之问交换能量的幅度，电力网除了要负担用电负荷的有功功率P，还要负担负荷的无功功率Q。因此要维持电力系统正常运行，该能量则不可避免。有功功率P、无功功率Q和视在功率S之间存在下述关系，即：

而被定义为电力网的功率因数,其物理意义是线路的视在功率S供给有功功率的消耗所占百分数。在电力网的运行中，为了合理利用资源，充分发挥设备的能力，我们希望功率因数越大越好．提高功率因数，不但可以充分发挥发、供电设备的生产能力、减少线路损耗、改善电压质量，而且可以通过设备的工作效率和节约电能．具体说来提高功率因数有如下意义：

(1)改善设备的利用率’

因为功率因数还可以表示成如下形式：

其中：U-线电压(kv)；I-线电流(A)。

可见，在一定的电压和电流下，提高cosφ，其输出的有功功率越大.因此,改善

功率因数是充分发挥设备潜力，提高设备的利用率的有效方法。

(2)提高功率因数可减少电压损失

电力网的电压损失可由下式求出:

可以看出，影响U，的因素有四个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为托的电容来补偿，则电压损失为:

故采用补偿电容提高功率因数，电压损失U减小，改善了电压质量。

(3)减少线路损失

当线路通过电流I时，其有功损耗：

可见，线路有功损耗P与cosφ成反比，cosφ越高，P越小。

1.2 国内外研究动态

随着电网的不断发展和用户用电需求日益增长的现实，对电能质量的要求不断提高，以及节能降损的要求更加迫切，电压无功补偿问题日益得到人们的广泛重视。近年来，国内外电力专家、科研学者提出许多基于新理论、新方法的电压无功优化方式，概括起来讲，主要有两个方面；即全网电压无功优化和变电站电压无功控制。全网电压无功优化的方法大致分为非线性规划法，线性规划法，混合整数规划法，分解法，人工智能方法等。

1.3 无功功率对电力系统电压稳定的影响

电力系统中的无功功率主要用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维护磁场．完成电磁能量的相互转换，不对外做功，为系统提供电压支撑．在电源与负荷之间提供电压降落所需的势能。无功功率不直接作为实际消耗之功，但无功功率的交换将引起发电和输电设备上的电压升降和电能损耗。

电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功电源比较充足，就能满足较高电压质量下无功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平．反之，如果无功功率不足，系统只能在较低质量的电压水平下运行．另外，电能在电网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。当无功功率损耗较大时，将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性、经济性。

当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压就能维持在正常的水平上。如果无功电源容量不足，负荷的端电压就会降低。所以，要保证电力系统的电压质量，就必须保证电力系统无功功率的平衡。

1.4 无功补偿的主要手段

（1）同步调相机

同步调相机实际上是不带机械负荷、空载运行的同步电动机。它从上世纪30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂。而且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求．但由于其自身的优点，即在系统电压降低时，靠维持或提高本身的无功处理能力，可以给系统提供紧急的电压支撑，所以至今仍在高压输电系统中发挥作重要作用。另一方面其体积大、噪音高、维护不方便、造价高等原因，目前在中、低压输电区域，大部分已被并联电容器组所取代。

（2）并联电容器

设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法,目前在国内外均获广泛应用。并联电容器补偿无功功率的方式按其安装的位置不同．通常有三种：①变电站集中补偿方式：②用户集中补偿方式；③用户终端分散补偿方式。

电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是同定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的连续无级动态补偿。

（3）静止无功补偿器SVC

上世纪70年代以来,同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(Static Var Compensator—SVC)所取代,目前有些国家己很少使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor-SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。．

电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled Reactor-TCR)和晶闸管投切电容器(Thristor Switched CapacilLtor-TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor-FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacil,tor-MSC)混合使用的装置(即TCR+FC．TCR十MSC)等。

早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或电抗器。这些补偿措施改变了电网参数，特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗，无源装置使用机械开关，它不具备快速性、连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。

SVC补偿装置可以看成是电纳值能调节的无功元件，它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC装置作为系统补偿时连续体调节并与系统进行无功功率交换，同时还具有较快的响应速度，它能够维持端电压恒定。

2 总结

目前主要存在问题是控制规律简单、抗干扰能力差，不能很好的解决无触点开关投切电容的问题，在三相不平衡条件下不能有效的进行无功补偿。同时由于户外工作环境相对恶劣，装置的可靠性和控制精度难以满足现场运行的要求。此外还不具备通讯功能，不能实现全电网的无功优化，不能对全网电能质量进行在线监视以满足现代化电力系统建设的需要。

参考文献

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