電力系統(tǒng)中無功補償裝置的應(yīng)用研究

黎春榮 郭小梅 楊翔極 何惠文

摘 ? 要：近幾年，伴隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，生活及工業(yè)用電量也在不斷上升，節(jié)能降耗、縮減企業(yè)經(jīng)營成本是每一個企業(yè)所追尋的目標(biāo)。對電網(wǎng)實施無功優(yōu)化控制是提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵途徑，能夠有效改善電網(wǎng)電壓分布，降低輸電線路的電能損耗，增強電力傳輸?shù)姆€(wěn)定性。而一旦電力系統(tǒng)存在嚴重電壓波動，將會影響整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，嚴重時，致使電壓崩潰，用電設(shè)備永久損害，因此，就地補償就顯得格外重要。本文將主要分析在電力系統(tǒng)中無功補償裝置的具體應(yīng)用，以此期望能對智能電網(wǎng)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng) ?無功補償裝置 ?原理 ?優(yōu)勢

中圖分類號：TM73 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）04（c）-0005-02

一直以來，在電力系統(tǒng)控制中，電壓無功補償控制都是一個傳統(tǒng)課題。不管是電網(wǎng)電壓水平偏低，又或者是電壓損耗偏高，都會容易導(dǎo)致電能出現(xiàn)嚴重浪費。而無功補償技術(shù)則是提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵手段，主要作用在于提高負載和系統(tǒng)的功率因數(shù)、平衡三相負載的功率等，對電網(wǎng)安全經(jīng)濟的運行具有重要作用。

1 ?無功功率補償?shù)脑?/p>

電能需要通過多設(shè)備才能傳送到用戶端，因為受到功率、電壓、電流的限制，輸電線中傳送功率通常分為兩種，一種為有功功率，一種為無功功率，有功功率是電力設(shè)備順利進行的必要條件，通俗來說就是通過用電設(shè)備將電力能量轉(zhuǎn)化為其他能量形式，例如熱能、聲能等。無功功率較為抽象，主要用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。無功功率補償是一種技術(shù)措施，指的是在電力系統(tǒng)中的變電所裝置無功功率電源，將無功功率的流動進行改變，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，提高電壓水平及動態(tài)性能?，F(xiàn)階段，在我國的生產(chǎn)及日常生活中，大多數(shù)用電負載都屬于感性負載，在運行期間均需要進行無功補償。

2 ?無功功率補償?shù)难a償方法

無功功率補償可以將其分為多種，如集中補償、分散補償以及就地補償、組合補償?shù)?，需按照實際情況對補償方法進行合理選擇。其中，集中補償指的是在配電中心中設(shè)置多組電容器，與配電母線相互連接，從而實現(xiàn)無功功率補償。分散補償主要優(yōu)勢在于無功容量小，效果明顯，通常應(yīng)用在功率因數(shù)底的高低壓母線上。就地補償主要優(yōu)點在于能夠提升用電設(shè)備功率因數(shù)，改變電壓質(zhì)量，通常裝置在或電感性用電設(shè)備周邊，實現(xiàn)對高壓配電裝置的無功補償。此外，還能夠?qū)㈦娙萜鞣胖秒妱訖C附近，實行單獨補償，該種方式通常應(yīng)用在能夠逆運行的電動機中。另外，任意組合補償，這是現(xiàn)階段應(yīng)用較為普遍的一種形式。最后，智能無功補償，該方式正處于發(fā)展階段，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測綜合配電、低壓無功補償?shù)取?/p>

3 ?電力系統(tǒng)中無功補償研究現(xiàn)狀

近幾年，我國經(jīng)濟得到了快速發(fā)展，國內(nèi)形成了巨大的電路網(wǎng)絡(luò)，只需些微控制降低能耗損失，則能夠提高巨大的經(jīng)濟效益。由此，自無功功率補償原理被提出后，便得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。

例如，在1988年，胡國根等分析了國內(nèi)外無功功率的研究動態(tài)及現(xiàn)狀，同時按照成都電網(wǎng)的實際情況，提出了相應(yīng)優(yōu)化措施;在2009年，曾紀添探究了電力系統(tǒng)無功電壓控制問題以及未來的發(fā)展方向;在2011年，朱鷹屏等人分析了電壓穩(wěn)定性的本質(zhì)，并對無功功率控制策略在電壓穩(wěn)定性方面進行了闡述;2012年，李春麗在電網(wǎng)建設(shè)中無功功率補償技術(shù)的實施意義上進行了講解;2015年，黃林艷等人以貴州遵義10kV配網(wǎng)為例，分析了電網(wǎng)無功管理和無功補償設(shè)備的重要性，同時分析了配網(wǎng)無功補償容量如何進行優(yōu)化配置等。目前，在無功補償方面，雖然我國做出了大量研究，科學(xué)技術(shù)是在不斷進步的，我國仍需利用先進技術(shù)積極的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，以此推動我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

4 ?無功功率補償裝置的研究進展

4.1 并聯(lián)電容器組裝置

并聯(lián)電容器補償裝置通俗來說，即是指將電容器組串聯(lián)在供電設(shè)備上，而用電負荷所需的無功功率是電容器組供給的其中之一，與之對應(yīng)的裝置就是并聯(lián)電容器組。通過電容器組縮減無功功率輸送，從而降低線路電量的損耗，改善電力設(shè)備效率。選取并聯(lián)電容器組裝置的形式通常為就地補償，補償線路和變壓器的無功損耗，確保在重負荷之下能夠具備良好的電壓水平，如果位于線路末端，那么其電壓效果也能夠更好?，F(xiàn)階段，在并聯(lián)電容器組裝置中，靜止同步補償器是主要形式，能夠校正穩(wěn)態(tài)運行的電壓，同時還可以在故障之后恢復(fù)高速穩(wěn)定電壓，對于改善電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定具有重要意義。并聯(lián)補償能夠改變電網(wǎng)的阻抗特性、維持節(jié)點電壓、向電網(wǎng)提供無功或有功功率。此外，該裝置具有多種優(yōu)勢，例如價格低廉、占據(jù)面積小、噪聲低等。缺陷在于該裝置是通過犧牲穩(wěn)定區(qū)域和電壓調(diào)節(jié)范圍來提高電壓水平，在現(xiàn)實中，需針對實際情況來使用。

4.2 串聯(lián)電容器組裝置

串聯(lián)電容器主要作用在于一方面限制合閘涌流，另一方面在于限制諧波，避免或減少電壓波形畸變，降低短路電流，預(yù)防電網(wǎng)過電壓保護。將電容器組串聯(lián)在輸電線路上，通過集中電容補償線路電感，來降低電壓損耗，功率損失也會隨著線路參數(shù)的改變而降低。串聯(lián)電容補償技術(shù)是增強輸變電網(wǎng)穩(wěn)定的有效措施，同時也是無功補償最經(jīng)濟的一種方法。在應(yīng)用串聯(lián)電容器組時，需要注意，防止諧振過電壓以及電容器爆炸，需合理應(yīng)用該裝置。

4.3 調(diào)相機裝置

調(diào)相機由定子、轉(zhuǎn)子、勵磁系統(tǒng)三部分構(gòu)成，在SCV還未發(fā)展前，調(diào)相機裝置是無功補償?shù)某Ｓ迷O(shè)備，許多大型電網(wǎng)場合都將其應(yīng)用，目前隨著電子技術(shù)的發(fā)展，該裝置目前已極少使用。調(diào)相機裝置可以理解為是一種特殊的同步電機，也可以稱為同步補償機，作為初級無功補償技術(shù)產(chǎn)品，優(yōu)勢十分突出，不僅能夠補償感性符負荷，同時還能夠補償容性負荷，維持電網(wǎng)電壓水平。缺陷在于運行過程中，噪音大、費用高昂、在后續(xù)維修上較為不易。

4.4 靜止無功補償（SVC）裝置

SVC是靜止無功補償裝置的簡稱，與傳統(tǒng)無功補償方式存在不同，SVC是動態(tài)無功補償產(chǎn)品，屬于目前較為先進成熟的無功補償裝置。它具有最快的響應(yīng)速度，以可控硅為調(diào)節(jié)執(zhí)行單位，具有可連續(xù)無級調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程中無涌流、拉弧、無機械開關(guān)使用壽命的限制等優(yōu)點。尤其適合需要快速補償?shù)墓I(yè)場合，如電弧爐、軋機、電力機車等，能夠顯著提高用戶的功率因數(shù)，為用戶節(jié)能降損。但SVC也存在一定缺陷，如自身工作期間會產(chǎn)生諧波，容易對電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，而如何預(yù)防這種情況，還需相關(guān)學(xué)者進一步研究。目前，按照可調(diào)電抗器的調(diào)節(jié)方式及工作原理的差異性，又可分為晶閘管控制的電抗器、晶閘管控制的變壓器、磁控電抗器3種。

參考文獻

[1] 高翠芳.智能無功補償裝置在低壓配電工程中的運用探究[J].科技與創(chuàng)新，2018（21）：152，155.

[2] 周鵬.10kV城市配電網(wǎng)中無功補償技術(shù)的應(yīng)用研究[D].西安科技大學(xué)，2018.

[3] 張默.無功補償技術(shù)在葫蘆島配電網(wǎng)中的應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2018.

[4] 張馳.AVC系統(tǒng)在大連地區(qū)無功控制應(yīng)用研究[D].大連理工大學(xué)，2017.

[5] 王劍龍.簡析變電設(shè)計中無功補償裝置的設(shè)計方式[J].通訊世界，2017（11）：174-175.

[6] 周超.九臺市西營城鎮(zhèn)配電網(wǎng)無功補償系統(tǒng)設(shè)計[D].吉林大學(xué)，2016.