对电网系统无功补偿问题探索

摘　要：无功补偿是保证电网系统电能质量和实现电力系统经济运行的重要手段，探索无功补偿的方式及其装置，是无功补偿重点要解决的问题。

关键词：电网 无功补偿 无功功率

1、无功补偿的原理
    把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路上，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。实质上就是把原来是由电网或者变压器提供的无功功率，改为由交流电力电容器来提供，这就是无功补偿的基本原理。
2、无功补偿的意义和作用
    国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增长。尤其是近两、三年来，由于电力负荷增长迅猛，而发电装机容量和输配电能力不足，造成全国近20个省市电力供应紧张，部分省市出现限电拉闸。与此同时，随着电力市场的开放，电力用户对电能质量的要求也在提高，电力生产与供应企业也比以往任何时候都重视电力系统运行的经济性。
    电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。
无功功率从何而来?显然，发电机提供的无功功率相对负荷和网络对无功功率的需求来说只是“杯水车薪"，仅仅依靠发电机提供无功功率也是极不经济的。无功功率最主要的来源是利用各种无功功率补偿设备在电力系统的各个环节进行无功补偿。因此，无功补偿是电力系统的重要组成部分，它是保证电能质量和实现电力系统经济运行的基本手段。
无功补偿的作用主要有：
(1)提高电网及负载的功率因数，降低设备所需容量，减少设备投资，减少不必要的损耗。
(2)稳定电网电压，提高电网质量。而在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的稳定性及输电能力。
(3)在三相负载不平衡的场合，可对三相视视在功率起到平衡作用。
3、无功补偿的方式
    并联电容器为无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效果的不同，按照安装位置的不同，无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿三种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小，利用率更高，但未对变配电所各馈线补偿，仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组的利用率较就地补偿高，因此总的需要量较就地补偿小，是一种相对就地补偿而言比较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，低压补偿为主；调压与降损相结合，降损为主”。下面来具体分析4种无功补偿方式的相关特点。
3．1变电站高压补偿
    变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，电容器组的安装容量大都在10000kvar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，因人为因素多，而导致投切效果较差。
3．2线路分布补偿
    线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适用于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。
3．3变压器低压母线补偿
    变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0．4kV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送i增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。
3．4低压用户分散补偿
低压用户分散补偿也就是低压随机补偿，是将低压补偿电容器组与电动机绕组直接并接，采用刀闸控制和一套保护装置，与电动机一起投切，属于静态补偿。
4、无功补偿的装置
4．1同步发电机
    同步发电机除发出有功功率、实现机械能变电能，作为系统的有功功率电源外，同时又是系统最基本的无功功率电源。同步发电机在额定有功功率条件下运行时，所能提供的最大无功功率与发电机的额定功率因数有关。从同步发电机的原理可知，当过激磁时发电机可以发出感性无功功率；而欠激磁时，发电机将要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可以作为正或负的无功电源而发挥其作用。
4．2同步补偿机
    同步补偿机是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过激磁、欠激磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的激磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，同步补偿机可以直接装设在用户附近就授供应无功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于同步补偿机是旋转电机，故有功功率损耗较大，加之运行维护比较复杂，所以同步补偿机已逐渐被性能更为优越的静止补偿机所代替。
4.3电力电容器
   电力电容器只能向系统供给容性的无功功率。电力电容器一般单台容量不大，多成组使用，这样既可集中使用，又可分散使用，具有较大的灵活性。由于电容器组价格较低、损耗较小、维护方便，故为目标使用较为广泛的无功电源之一。但是，电容器的无功功率与所在节点的电压平方成正比，当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率也将减少，结果导致电网电压继续下降，这是电力电容器的主要缺点。
4.4静止补偿器
    静止补偿器的特点是利用可控硅开关控制电容器组与电抗器的投切，这样静止补偿器的性能完全可以做到同步补偿器一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自动装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的甲壳虫态稳定性、减弱动态过程等均起着较大的作用。但是由于采用可控硅开关来投切电抗器与电容器组，将使电力系统产生一些附加的高次谐波。静止补偿器既可在接在低压侧，也可通过升压变压器直接接在高压或超高压线路上，这样还对改善长距离较电线路的运性性能起到较大的作用。

参考文献
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[2]刘翀，富钢，无功补偿及其意义，制造业自动化，2008年3期
[3]丁建云，蒋文静，配电网4种无功补偿方式的比较，宁夏电力，2007年6期

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