電力系統無功補償現狀的分析研究

電力系統無功補償現狀的分析研究

一、無功補償及其機理

　　（一）無功補償

　　無功補償全名無功功率補償，它是為電力供電系統提供電網功率因數的一種重要手段，通過無功補償可以有效降低變壓器和輸送線路上的能量耗損，從而提高電力系統供電效率并改善供電的環境。由此可見，無功補償裝置作為無功補償的重要抓手，在電力系統的供電過程起到了至關重要的作用。實踐證明，選擇合適的無功補償裝置，不但可以最大限度地減少供電網絡中的能量損耗，而且可以使供電電網的質量大幅度提高。若無功補償裝置選擇不當，則會使電力系統出現電壓波動及諧波增大等現象。一般而言，當交流電通過純電阻時，電能將轉化成大量的熱能，然而當其通過純容性或純感性負載時并不做功，即沒有消耗任何電能，為無功功率。從實踐來看，電力系統中的實際負載不可能是純容性負載或純感性負載，多是混合型的負載，這就使得電流通過電力系統時有部分電能不會做功，即無功功率。此時的無功功率因數會小于1，為了進一步提高電能利用率，勢必要采用無功補償的方法。

　　（二）無功補償的機理

　　無功補償的機理：電力系統電網的輸出功率主要包括兩部分，即有功功率和無功功率。前者主要是指電力系統中直接消耗的電能，將電能轉化成機械能、熱能以及化學能等，并利用此能量來做功，因此將這些功率稱作有功功率；后者則不需要消耗任何電能，只是將電能轉換成另一種形式的能量而已，這種能量作為用電設備做功的必須條件，它主要是在電網與電能之間進行周期性的轉換，因此稱作無功功率。比如，電磁元件在建立磁場時占用的電能以及電容器在建立電場時占的電能等。一般而言，電流在電感元件中做功時會滯后電壓九十度，而在電容元件中做功時會超前電壓九十度。在同種電路中，電感電流和電容電流的方向正好相反。

　　1、無功補償具體實現形式。將具有容性功率負荷的裝置和感性功率負荷的裝置并聯在同一個電路之中，這樣電能就會在兩種不同負荷的裝置之間來回的交換，感性功率負荷所需的無功功率就可以通過容性功率負荷輸出的無功功率來實現補償。

　　2、無功補償的作用。無功補償可以有效增加電力系統電網中的有功功率之比例常數，減少電力系統發、供電裝置的設計容量并減少資金投入。比如，當電力系統功率因數由cosΦ=0.8增加至cosΦ=0.95時，若安裝1千瓦的電容器則可以節省設備容量為0.52千瓦；相反，若增加0.52千瓦則相當于增加了發、供電裝置的容量。由此可見，對新建或改建的電力工程而言，一定要充分地考慮好無功補償的問題，這樣可以通過減少用電設備的容量設計來減少資金的投入。同時，還通過無功補償還可以有效地降低線路中的能量損耗，根據公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%可知，1-cosΦ是無功補償之后的功率因數，cosΦ為補償前的無功功率因數，二者的關系是cosΦ>1-cosΦ，因此提高無功功率因數之后，電線上的能量耗損也就下降了，從而減少了設計中的容量考慮，增加了電網中的有功功率輸送比例，為供電企業實現經濟效益提供了保證。

　　二、無功補償的方法與現狀

　　（一）目前無功補償的主要方法

　　基于以上對無功補償的分析，無功補償主要是采用了低壓無功補償的技術，就該技術使用現狀而言，其具體方法主要有隨機補償、隨器補償以及跟蹤補償三種。具體分析如下：

　　1、隨機補償法。隨機補償法主要是把電動機與低壓電容器組并連在一起，通過有效的控制設備對保護裝置和電動機進行同時投切。該種無功補償方法一般適用于電動機的無功耗損上，它以補勵磁無功為主，可以有效地制約用電單位的無功負荷。隨機補償方的要點在于通過對電動機與電容器組的同時控制，來實現無功補償，因此其優點主要表現為：當用電設備運行時，可以及時有效地進行無功補償；當用電設備停止運行時，無功補償設備也會同時退去。這種補償法不但大大提高了無功補償的效率，而且也減少了頻繁調整的次數，更加方便、快捷。此外，隨機補償法還具有投資少、占空小、安裝易、維護簡單以及事故發生率低等特點，因此它是一種不可多得的無功補償節電技術，并在當前電力系統供電過程中發揮著重要的作用。

　　2、隨器補償法。隨器補償法主要是通過低壓保險設備將低壓電容器連接在配電變壓器的一側，其作用是補償電變壓器空載無功功率。變壓器在空載和輕載時的無功負荷主要表現為變壓器空載勵磁無功，而配變空載無功是用電企業無功負荷的重要組成部分。對于那些輕負載的配電變壓器而言，該無功耗損將在供電量中的占有比例非常大，因而導致了電價的增加。隨器補償法的優點主要表現在接線比較簡單、管理方便以及自動補償能力強等方面。因此，采用隨器補償的方法，可以提高配電變壓器的功率，降低無功耗損，在現代供電系統中也經常使用。

　　3、跟蹤補償法。跟蹤補償法主要是將無功補償投切設備作為控制與保護裝置，并將低壓電容器組補償于大用戶母線上的一種無功補償方式。該補償發法主要適用于專用配變客戶，不但可以替代隨器與隨機兩種補償方式，而且效果非常明顯。跟蹤補償法的優點主要表現為：運行方式比較靈活、運行維護的工作量比較小，與隨器和隨機補償法相比，不但使用壽命有所延長，而且運行更加安全、可靠。但這種補償方法有其自身的缺點，主要表現為：其控制和保護裝置比較復雜、初期投資較多，但當三種補償法的經濟性比較接近時，應當首先跟蹤補償法。

　　（二）無功補償現狀

　　電力系統無功補償現狀主要表現在無功補償裝置的使用現狀上。作為傳統電力系統的主要負荷，異步電動機的使用使電力電網產生了感性的無功電流，而電力裝置的功率因數一般都非常的低，這就導致了電力電網中會出現無功電流。為了保證供電質量，無功補償將目前保持電力系統高質量供電的主要手段。無功補償技術，主要經歷了同步調相機→開關投切式固定電容器→靜止的無功補償器 即SVC→靜止的無功發生器即SVG等演變過程。隨著科技的不斷進步，靜止無功補償技術逐漸進入無功補償領域。靜止無功補償技術主要是利用靜止開關投切電容器、電抗器等設備，通過吸收和發出無功率電流來提高整個電力系統中的功率因數，從而穩定電力系統的電壓。通過改變對可控飽和電抗器控制繞組中的電流可以有效控制鐵心飽和度，進而改變系統中電抗器之電抗、改變無功電流大小。 隨著科學電子技術的不斷進步，目前已經出現了利用自換相變流電路的靜止無功補償裝置，即靜止無功發生器（SVG）。無功補償技術已經得到了廣泛的應用，目前來看，國際國內除了對SVC與SVG 無功補償進了探討之外，正在研究動態無功補償技術以及交-交變頻電路、賭流式自換相橋電路等靜止變流器。其本質都是通過無功補償來降低能耗，提高電力系統的供電能力和控制能力。