淺談無功補償與電壓調節

中圖分類號：TM文獻標識碼：A文章編號：1008-925X(2011)09-0-01

摘要：電壓質量是衡量電能的主要質量指標之一。電壓的穩定對確保電力系統安全可靠運行和正常生產有舉足輕重的作用，同時對提高電能質量、延長設備的使用壽命也有十分重要的意義，而無功則是影響電壓的一個重要因素。所以說，無功功率并不等同于無用功率，它的用處很大，電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。

關鍵詞：電壓調節 調節 控制

變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。但是，無功過剩時一方面會提高系統運行電壓，導致運行中的用電設備的運行電壓超出額定工況，縮短設備的使用壽命；另一方面，無功過剩也會影響線路傳輸的安全穩定性，導致系統的輸送容量下降。為了確保電網電壓穩定和降低線路損耗，我們必須采取科學合理的方式對無功和電壓進行控制和調節。這樣，電壓和無功調節的重任就落到各級變電站的頭上。可以這么說，電容器投切是變電站無功調節的最簡單有效的方法，變壓器分接頭檔位的調節是母線電壓控制的最直接手段。另外還需要說明一下的是，變壓器分接頭的變化不僅對電壓有影響，而且對無功也有一定的影響，同樣電容器組的投切在對無功影響的同時也對電壓造成一定的影響。

1、變電站無功與電壓的綜合控制與調節的主要方式

補償容量不足時的無功功率平衡。進行系統無功功率平衡的前提是保持系統的電壓水平正常，否則，系統的電壓質量就得不到保證。正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。這種平衡是系統無功功率不足時達到的平衡，是由于系統的電壓水平下降，無功功率負荷本身具有的電壓調節效應，使全系統的無功功率需求有所下降而達到的。

系統無功功率電源充足時的無功功率平衡。系統的無功功率電源比較充足，系統就能具有較高的運行電壓水平；反之，系統的無功功率電源不足，則反映為系統運行電壓水平偏低。因此，應該力求實現在額定電壓下的系統無功功率平衡，根據這個要求來裝設必要的無功功率補償裝置。配電網無功優化補償。在實際運行中，使用無功自動補償裝置進行就地補償，可以在實現減少線損的同時，對電壓質量起到一定的改善作用。

2、無功補償與電壓調節的發展方向

目前，國內許多電力系統的無功補償與電壓控制依然采用傳統的方式，有載調壓變壓器和電力電容器只能手動調節和投切，不能實現實時電壓控制或無功補償。因此實現實時無功補償以保證電力系統電壓的連續穩定性，是研究的主要方向。

電力系統是一個復雜的動態關聯系統，其潮流是動態變化并相互關聯的。變電站內變壓器分接開關在某個范圍內的調整將影響無功功率的交換，進而影響電網無功潮流的分布和節點電壓的變化。單個變電站獨立實行無功電壓控制，存在局部優化但影響全局的弊端。

要解決上述弊端，必須考慮全局的優化，將各個變電站點采集的無功電壓數據和控制結果送至調度中心或集控站的主機，依據實時的潮流進行狀態估計，確定各個變電站節點電壓和無功要求，對全網的無功電壓進行分層分區綜合調整。

3、AVC 研究現狀

基于最優潮流的實時電壓自動控制集安全性和經濟性于一體，可實現安全約束下的經濟性閉環控制。正常運行情況下，AVC 通過實時監視電網無功電壓情況，進行在線優化計算，分層調節控制電網無功電源及變壓器分接頭，調度自動化主站對接入同一電壓等級、電網各節點的無功補償可控設備實行實時最優閉環控制，滿足全網安全電壓約束條件下的優化無功潮流運行，達到電壓優質和網損最小。省級電網研究的AVC 是集中控制型的，也即在電網調度自動化系統SCADA、EMS與現場調度裝置之間通過閉環控制實現AVC。

電力系統電壓自動控制主要有以下兩個方面：

——無功補償可控設備的自動化。包括發電機、有載調壓器、電容（電抗器）、SVC、STATCOM 及其他無功補償設備的自動控制；

——全網無功電壓的最優化。

4、結 論

無功補償及電壓調節的優化首先要搞好無功就地平衡，無功補償的理想狀態是各級電壓線路上沒有無功電流流動，各級電壓母線的功率因數均為1。為此，應本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償。在補償方式上宜采用集中補償和分散補償相結合，以分散為主；高壓補償和低壓補償相結合，以低壓為主的原則。并安裝自動補償投切裝置。在電網中采用有載調壓變壓器，安裝無功——電壓優化自動控制裝置，可以實現經濟調壓。

電網的無功、電壓調節和管理的必要措施如下：

（1）采取電網分層分區運行；

（2）加強電網無功及電壓的調節和管理；

（3）電力系統分區并確定各個區的電壓中樞點以便對電壓進行分級分布式控制；

（4）合理配置無功補償設備，做到無功就地補償、分層分區平衡；

（5）加強送、受端電網建設，能提高運行可靠性、調度靈活性和通道的輸送能力，并能提供足夠短路容量和足夠大慣性的系統；

（6）在長距離、大容量送電線路中大量采用串聯補償，以提高電網輸送能力、改善運行電壓水平；

（7）在落點集中的負荷中心、受端電源少、受端大規模接受西電東送的落點采用動態無功設備；

（8）對省網進行無功優化調節控制，實施分級分布式的控制策略，實現整個省網的閉環實時控制，實現全網無功優化配置；

（9）運用“無功電壓優化集中控制系統”，完善電壓自動監測網絡，實現數據自動采集、自動傳輸和自動統計分析，實現全網無功優化實時控制。