電力配網系統的無功補償及其優化的研究認識實踐

張毅

摘要：我國電力能源的迅速發展，使得電力能源的供應問題日益突出。對電力系統在運行中進行無功補償以及無功優化措施都提出了較高的要求，但是從現階段我國電力系統的運行狀況來看，我國的無功優化在控制過程中還存在一定的問題，主要表現在控制算法以及實際應用中。無功優化的主要作用是通過一定的控制手段，使電力系統能夠實現穩定與高效的運行，以保證電力企業經濟效益的最大化。因此，電力行業的工作人員，要在總結工作經驗的基礎上，積極探索無功補償與無功優化的最佳方案。本文分析了電力系統無功補償優化規劃。

關鍵詞：電力系統;無功補償;優化規劃

近年來隨著經濟的發展，電力系統不斷得到發展與完善，為國家的工業生產居民生活等方面提供了越來越多的電力能源。隨著用電結構的不斷優化以及用電需求的增加，對電力能源的供求平衡提出了越來越高的要求，電力工作人員也不斷的尋找優化電能供應的方式。在長期實踐的基礎上，相關技術人員從電網傳輸的消耗角度，探討電力系統的無功補償，以解決當前形勢下電力能源供求不平衡的關系。

一、概述

1.無功補償的概念。無功功率補償就是指在電力系統中為了使功率因數作用提升而運用的一種補償方法，其應用能夠使供電效率得到增強，使供電環境得到改善。由此，無功補償在電力系統中占據的作用非常大，能夠最大限度的將電網損耗減少，使電網運行質量提升。

2.無功補償的原理和意義。在電力系統，電網功率的輸出方式有兩種，即為有功功率和無功功率。而無功功率與有功功率最大的區別就在于無功功率不損耗電能，而是通過其他的形式把電能轉化為能夠使電氣設備運作的其他功能，如電容器建立電場所占的電能就是無功功率。而無功功率補償，就是使感性負荷所需要的無功功率由容性負荷輸出，無功功率補償不僅減少發電、供電設備的設計容量，可以大幅度地減少資金投入，而且可以減低線損，線損的減低直接關系著供電部門的經濟。比如：在功率因數增大至0.9以后，則要在系統中安裝一個可以省點的電容器，通過實踐顯示，安裝以后，能夠節省的電容量為0.67KW;但如果增加至了0.89KW，則表示原有的設備其供電容量增大了。

二、電力系統無功補償優化規劃

在電力系統中，電壓與無功功率也是一對統一體。當系統發出的無功功率大于負載所消耗的無功功率時，系統電壓就會升高，當系統發出的無功功率小于負載所消耗的無功功率時，系統電壓就會降低，無功功率嚴重不足時，會造成電力系統電壓急劇下降，可能會使系統瓦解，造成電網大面積停電。電力系統會采用大量的無功補償裝置，為避免輸電系統長距離傳輸無功功率而增大無功損耗，電力系統基本在受電端安裝無功補償裝置即采用就地平衡的原則以保證系統各樞紐變電站的電壓能夠滿足規定的要求。

1同步發電機

同步發電機可以認為是原始的無功補償裝置。在電力系統中，它既能夠輸送有功也能夠輸送無功。通過調節發電機的電壓，可以保證網絡的電壓控制。發電機無功功率的調節，是保證電網電壓的主要措施，還可以通過調節運行方式控制系統的多余的無功功率。同步調相機可以看成是一種不帶任何負載的同步電動機，其補償特點是既能過勵磁運行，發出感性無功功率使電壓升高，也能欠勵磁運行吸收感性無功功率使電壓降低。早期對功率因數補償要求較高的場合，通常采用這種方式，有時，這種電機也稱之為同步補償機。由于同步調相機相當于空載運行的同步電動機，也即是一種基于旋轉電機的補償設備，它還有一定的電機旋轉損耗，但它可以通過增加勵磁向電網發出無功。在過勵磁運行時，它向系統提供感性無功功率，因而也稱之為無功電源，此時，同步調相機的功能如同電容器;在欠勵磁運行時，它從系統吸取感性無功，其功能相當于一個電感。由于實際運行的需要和對穩定性的要求，欠勵磁運行方式的最大容量只有過勵磁容量的50%～60%，裝有自動勵磁調節裝置的同步調相機能根據裝設地點的電壓等級要求平滑改變輸出（或吸收）的無功功率，以實現電壓調節。

2.并聯電容器組

并聯電容器組作為一種簡單而又經濟的補償方式得到了廣泛應用，其通常與斷路器組合使用，也用于系統節點永久性連接。在現場，電容器以并聯的方式使用最為普遍，該方法十分靈活，有分散、集中以及分相等形式。并聯電容器組作為無功補償的方案，具有成本低、維護簡單、損耗非常低的優點，其不足之處是不能夠連續可調、動態無功調節性能較差，因此在電壓降低時反應不可靠。此外，系統中的電容器組有可能導致諧波放大，促使電流增大，有引起電容器發熱甚至爆炸的危險，運行中應加以注意。開關一般分為斷路器開關和電力電子開關。斷路器開關屬于機械式，時延較大，很難滿足電力系統快速動態變化的要求，其開關過程容易引起操作過電壓和過電流，燒壞設備的觸點，并使電容器組承受很大的沖擊電流，導致故障或燒毀。而電力電子技術的發展帶來了新的可能，能夠實現快速、準確投切的作用。無功功率是保證電力系統正常運行的非常重要的參數。為了保證電力系統正常運行，電源端向負載輸送的功率有兩種，其一為有功功率，其二為無功功率。前者是保證電氣設備正常運行而需要的電功率，后者是把電能轉變為其他形式能量的電功率（如熱能、光能、動能等）。有功功率是實在的、消耗的能量，無功功率則是為了系統內電場與磁場的轉換而需要的電功率。

3.提高用電設備的功率因數

根據物理電能公式推論，電力系統運用無功補償后，負載電流明顯減低，輸電線路的能耗明顯下降。由于電力系統中不存在純電阻，因此功率因數規定在0～1范圍內，電力系統中的用電設備（變壓器等）會產生大小不一的無功功率，輸電線路存在一定程度的電能損耗，此時電容器提供無功補償，提高系統的功率因數，功率因數大于0.9，電力系統達到穩定運行狀態。電網系統功率因數提高，可以有效提高電能計量的準確性，使用戶實際用量和電能計量相符。單純從計量角度去說，功率因數的高低，對有功電能的計量精度影響不大，但從整個用電系統來說，功率因數提高了，既不過補，又不欠補，總用電電流就會相應減小，線路上的損耗電量就會減小，會節省一部分電能，有功表會少走一些。

4.補償三相不平衡

補償三相不平衡是通過負荷的需要和不同負荷狀態存在不同的無功補償，來達到三相不平衡補償的實際需求的目的，該無功補償方式對電能計量的準確性影響較大。電力系統出現三相不平衡現象時，會出現零序和負序的狀況，通過無功補償后，電力系統的負荷逐漸平衡。三相不平衡通過排除無功功率對輸電系統影響，來保證電能計量的準確性，根據三相不平衡的無功功率的大小，選擇合理的電容器，可以有效降低無功功率對電能計量的影響。

我國的電力能源逐漸得到了較為廣泛的應用，已經逐漸步入節約型社會的發展狀態。為進一步極強對能源的節約，在電力系統的運行中加強對無功補償與優化方式的探索，一方面能夠降低電力系統在電能輸送中的損耗，另一方面能夠節約電力系統的運行成本，使得電力企業的經濟效益最大化。這對保障居民用電穩定以及提高電力企業的經濟效益等都有著積極意義。

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