電網電壓穩定與無功功率補償的相關性研究

嚴俐

文章編號：2095-6835（2016）07-0113-01

摘 要：目前，大面積停電事故在國內外時有發生，而導致電壓崩潰的直接原因多與無功功率有關。由此可見，電壓的穩定與無功功率密切相關。基于對電壓穩定性的分析，對無功功率的補償方法進行了研究，并提出了提升電壓穩定性的方法。

關鍵詞：無功功率；電力系統；TCR；SVC

中圖分類號：TM712 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.07.113

研究表明，電壓的穩定與無功功率是密不可分的，國內外出現的大規模停電事故與無功功率引起的電壓崩潰有關。無功功率可引發兩種形式的電壓崩潰，因此，需要加強對電壓穩定與無功功率補償的相關性研究，對電力系統進行合理的無功配置，從而有效保證各地區電網的穩定運行，提高居民安全用電的水平。

1 電壓穩定概述

電壓穩定是指系統母線受到擾動后維持穩定的能力。根據擾動作用的不同，可將電壓穩定分為靜態電壓穩定和大擾動電壓穩定。前者主要指電壓受到較小的擾動，比如負荷增加等；后者主要指電壓受到較大的擾動，比如發電機出現嚴重的故障等。

2 無功功率補償

電力系統中采用的改變無功功率流動、提高電壓水平、減小網絡損耗和改善動態性能等措施統稱為無功功率補償。在電力系統中，無功功率會影響電壓水平，而利用傳統的d△Q/dU可解釋這種物理現象。d△Q/dU是指電力系統中某負荷節點無功功率的不平衡量和電壓的導數。如果d△Q/dU=0，則表示該節點處于電壓穩定與電壓不穩定的臨界點；如果d△Q/dU>0，則表示該節點的電壓不穩定；如果d△Q/dU<0，則表示該節點的電壓穩定。

無功功率不僅會導致電壓降低、電阻發熱損失增多，而且無法做有效功，因此，需要補償無功功率。合理補償無功功率是電力系統規劃設計中的重要內容之一，合理設置補償容量也是電力系統調度中的主要工作之一。合理的無功功率補償可提高電網的運行質量，反之，則會造成電壓波動等不良后果。

3 電壓穩定的方法探究

3.1 合理利用無功補償裝置

無功補償裝置有利于系統電壓恒定能力的提升。因此，在系統線路的設計中，應合理利用無功補償裝置，且輸電線路應以多回路形式為主，具體如下。

應調節變化狀態下的無功功率，而應用SVC和SVG的調節效果良好，可實現快速跟蹤補償。如果將其與同步補償機配合運用，則保持電壓穩定的效果更加明顯，且能有效避免電壓崩潰。在應用SVC和SVG時，應先確定其極限值，如果電網系統的擾動超出其極限值，則跟蹤補償功能將受到影響。

隨著電網負荷結構的改變，傳統的無功補償裝置已無法適應電力系統的需求。由電力器件組成的靜止無功補償器可隨時調整無功功率，從而保證系統電壓的穩定性。該裝置不僅可有效抑制高次諧波和提高功率因數，還可實現快速無功補償。TCR（可控空心電抗器）是常見的靜止無功補償器之一，與其他補償器相比，TCR的反應更靈敏、價格更低廉、運行更可靠。以TCR在某電網系統中的應用為例，分析了該補償器的應用效果。TCR等效電納的計算公式為：

B= . （1）

式（1）中：α為晶閘管延遲角；L為電感；w為基波角頻率。

由式（1）可以看出，B是α的連續函數，因此，改變α即可改變該補償器的等效電納。在本案例中，電網系統采用TCR后可及時調整等效電納，且可有效抑制沖擊性負荷引起的電壓閃變。此外，當電網出現容性無功不足時，可投入使用TCR。

3.2 改善輸電系統無功功率的特性

采用多回路輸電線路可提升輸電系統的電壓等級和提高電壓恒穩能力。因此，可借助串聯電容器或并聯電容器實現此目的。使用串聯電容器可減少輸電線路的電抗和降低無功損耗，從而使輸電系統傳送更多的無功功率。雖然電容器的并聯使用可能會出現電壓不穩定的情況，但采取適當使用的方法便可解決電壓不穩的問題。

3.3 運用低功率因數發電機

合理運用發電機組可有效避免電壓崩潰的發生。而低功率因數發電機具有良好的運行效果，可將其用于無功短缺地區和無功儲備較大的地區，從而改善無功功率的分布，促進電網系統電壓的穩定。

3.4 保持系統無功功率的供需平衡

無功功率的供需平衡會影響電壓的穩定性，因此，相關人員應采取相應的措施保持系統無功功率的供需平衡。常采用的措施有以下3種：①增大發電機相位超前的容量，從而強化電網結構；②在勵磁機中裝設無功補償設備；③當電壓不穩定時，應保證多數發電機組的穩定運行。

3.5 低電壓甩負荷

低電壓甩負荷是一種靈活、經濟的穩定電壓的方法，也是低功率因數發電機常用的改善措施之一。基于一次測電壓，低電壓甩負荷可降低一定的負荷，避免出現電壓崩潰的情況，這種方法在靜態穩定受端系統中的作用非常明顯。

4 結束語

綜上所述，受我國電網規模不斷擴大的影響，電網電壓不穩定的現象頻頻發生，嚴重影響了電網系統的安全運行。由于電壓的穩定性與無功功率有重要的聯系，因此，應加強對無功功率的補償。通過改善無功功率的分布，比如，采用合理安置無功補償裝置、改善輸電系統無功功率的特性、運用低功率因數發電機、保持系統無功功率的供需平衡、低電壓甩負荷等措施，從而提升電網電壓的穩定性，為電力系統的安全運行奠定基礎。

參考文獻

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[2]鄭超，馬世英，盛燦輝.以直流逆變站為動態無功源的暫態電壓穩定控制[J].中國電機工程學報，2014（34）.

〔編輯：張思楠〕