電力系統(tǒng)中的無功補償

1、電力系統(tǒng)中的無功補償眾所周知， 電源能量通過電感或電容時并沒有能量消耗，只是在負荷與電源之間相互交換和三相之間流動。 由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。電力系統(tǒng)中的設備大部分是根據(jù)電磁感應原理工作的，它們在單位周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相同，以此建立交變的磁場， 這部分功率就是無功功率。可見，無功功率在電力系統(tǒng)中扮演了重要的角色。可是在電力系統(tǒng)中為什么要進行無功補償呢？無功補償?shù)谋匾栽陔娏ο到y(tǒng)中， 如變壓器、 電動機等許多工作時需要勵磁的設備都需要從電力系統(tǒng)中吸收無功功率； 并且輸電線路具有分布電容，在電壓下將產(chǎn)生容性無功功率，也就是說線路也要吸收感性無功。 發(fā)電機是電力系統(tǒng)中

2、唯一的有功電源，也是基本的無功電源。 如果只依靠發(fā)電機來提供無功功率的，由于無功功率不斷地來回地交換會引起發(fā)電、輸電及供配電設備上的電壓損耗及功率損失。另外，發(fā)電機發(fā)出的所有功率等于有功功率與無功功率的矢量和，提供的無功功率多時， 提供的有功功率也就相對就減少了，顯然這種運行方式也是很不經(jīng)濟的。如果不進行無功功率補償，通常會造成兩個主要問題：（ 1）在電力傳輸系統(tǒng)中，如果說出現(xiàn)了無功功率不足的現(xiàn)象，那么就會導致電力系統(tǒng)中的電壓以及功率因數(shù)不斷的降低，最終導致用電設備受到破壞， 嚴重情況下甚至會導致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓崩潰，使得整個電網(wǎng)控制系統(tǒng)瓦解，從而造成片區(qū)大面積的停電。（ 2）電力電壓以及功率

3、因素的降低，會導致電力系統(tǒng)中的電氣傳輸設備無法得到有效的利用， 從而造成了電力系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娔軗p耗不斷增加，降低了電能傳輸?shù)男?，給用電用戶的日常生活帶來的極大的困擾。因此國家相關政策規(guī)定， 各級電壓的電力網(wǎng)和電力用戶都要提高自然功率因數(shù)，并按無功分層分區(qū)和就地平衡以及便于調(diào)壓的原則，安裝無功補償設備和必要的調(diào)壓裝置，電網(wǎng)用戶都要提高調(diào)壓裝置和無功補償設備的運行水平。無功補償?shù)淖饔茫?1）提高電壓質(zhì)量將線路中的電流分為有功電流Ia和無功電流 Ir，則線路中的電壓損失為U 3 ( I aR I r X l ) 3 PR QXlU其中， P 為有功功率，Q 為無功功率，U 為額定電壓，R 為線路總

4、電阻，Xl 為線路感抗。因此，提高功率因數(shù)后會減少線路上傳輸?shù)臒o功功率，相應會減小電壓損失，從而提高了電壓質(zhì)量。（ 2）提高變壓器的利用率，減少投資電力系統(tǒng)功率因數(shù)提高，相應變壓器的利用率也會提高：S%S1S2 100% (1cos1 ) 100%S1cos2由此可見，補償后的變壓器利用率提高了S% ，可以帶更多的負荷，減少輸變電設備的投資。（ 3）減少用戶電費支出不僅可以避免功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，而且還可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率而造成的有功功率損耗，電費可相應降低。無功補償?shù)幕驹黼娏ο到y(tǒng)的網(wǎng)絡元件的阻抗主要是感性的，需要容性無功來補償感性無功。將電容并入RL 支路后，電路如

5、圖（a）所示，該電路的電流方程為?II lI rl由圖（ b）的相量圖可知，并聯(lián)電容后，U 與 I 的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時電流滯后于電壓，這種情況為欠補償。若電容 C 的容量過大，會導致電流超前于電壓， 這種情況稱為過補償， 相量圖如圖 （ c）所示。通常不希望出現(xiàn)過補償們因為：（ 1）引起變壓器二次側(cè)電壓升高。（ 2）容性無功功率在輸電線路上傳輸同樣會增加電能損耗。（ 3）如果供電線路電壓升高，還會增大電容器本身的功率損耗，溫升也會減小電容的壽命。IinIcI cSRUII rlUI cUinII rlCLIrl（a）（ b）（ c）無功補償?shù)木唧w措施無功補償有很多

6、種方法，按補償裝置的應用及補償狀態(tài)可以分為機械旋轉(zhuǎn)類無功補償、靜止類無功補償、復合類無功補償。機械旋轉(zhuǎn)類無功補償?shù)木唧w措施包括同步調(diào)相機、同步發(fā)電機和同步電動機。同步調(diào)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(fā)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(shù)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；同步發(fā)電機是最早使用的無功補償設備之一，在現(xiàn)代大電網(wǎng)的運行環(huán)境下，同步發(fā)電機已不能稱為專門的無功補償設備了，它只是在保證自身正常運行的前提下為系統(tǒng)提供適當?shù)臒o功功率，其原理也是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流來實

7、現(xiàn)； 在很多時候， 同步電動機是用來改善配電系統(tǒng)的功率因數(shù)的，根據(jù)需要進行連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)，也可向電網(wǎng)提供無功功率，使低轉(zhuǎn)速負載能在穩(wěn)定條件下運行，并具有較高的效率，增強過載能力。但這種補償方式的設備一次性投資較高，使用維護比較麻煩。靜止類無功補償器是指補償設備在運行時是固定不動的，具體措施包括固定電容和靜止無功補償器。 固定電容的工作原理是通過增加容性無功來補償負載側(cè)的感性無功需求，以提升負載電壓的穩(wěn)定。 這種早期補償方式的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用。 然而由于并聯(lián)電容器的投切是通過接觸器來實現(xiàn)的，其電容的投切時刻很難準確定位，因而它的致命缺點是：合閘涌流大；靜止無功補償器一般采用晶閘管作為開關器件，具有體積小、重量輕、控制靈活等特點。在某種場合下， 通常將 機械旋轉(zhuǎn)類無功補償和靜止類無功補償結(jié)合起來，以突出各自優(yōu)勢，這種無功補償裝置稱為復合類無功補償。在無功補償?shù)陌l(fā)展歷史中，電力電子開關對無功補償技術的發(fā)展起到了非常重要的推動作用，它的應用是無功補償發(fā)展中的一個重要里程碑。電力電子開關不僅能保證快速、準確地實施補償，還能夠?qū)⑾冗M的智能控制技