楊莉

摘 要：保證系統(tǒng)電壓的正常運行水平和無功功率優(yōu)化配置是電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度的一個重要組成部分，根據(jù)系統(tǒng)目前運行現(xiàn)狀，找出系統(tǒng)電壓和無功功率運行存在的問題，并提出解決措施及建議，提高電網(wǎng)運行電壓和經(jīng)濟運行水平。

關(guān)鍵詞：電壓；無功；無功補償

1 系統(tǒng)電壓及無功功率存在的問題

近幾年，電網(wǎng)建設(shè)投資規(guī)模加大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨完善，新建變電站均按規(guī)程規(guī)定要求配置了無功補償裝置，110kv及以上變電站主變均選用有載調(diào)壓變壓器，對穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，提高電壓運行水平起到了重要的作用，但在部分地方電網(wǎng)、農(nóng)村配網(wǎng)，在滿足用戶電壓質(zhì)量和無功功率就地平衡問題上還存在比較突出的問題：

1.1 在部分地方電網(wǎng)，由于與主網(wǎng)聯(lián)系薄弱，電網(wǎng)設(shè)備陳舊，部分變電壓無功補償裝置補償容量不足，需大量從系統(tǒng)吸收無功，在系統(tǒng)負荷高峰期無功出力不足，系統(tǒng)電壓偏低。

1.2 農(nóng)村配電網(wǎng)由于輸電距離長、線徑小，農(nóng)村用戶低電壓問題突出。

1.3 無功補償裝置基本都是在變電站進行集中補償，無功功率在10kv配網(wǎng)中傳輸較多，根據(jù)無功功率補償原則，最佳補償點應(yīng)在用戶側(cè)和配變低壓側(cè)，以減少無功功率在系統(tǒng)中的傳輸和提高用戶電壓水平。

1.4 目前，小水電站大規(guī)模開發(fā)，規(guī)模較小的電站基本均以10kv電壓等就近接入電網(wǎng)運行，對小水電站缺乏監(jiān)督管理手段，很少進行無功功率管理，小水電基本都是只發(fā)有功，不發(fā)無功。

2 電壓與無功功率特性

為了合理地進行無功功率補償，對電壓與無功功率的關(guān)系進行簡要分析。交流電力系統(tǒng)需要電源供給兩部分能量，一部分是用于能量轉(zhuǎn)換而被消耗掉，我們稱為“有功功率”，另一部分能量是用來建立磁場，由電能轉(zhuǎn)換為磁能，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，周而復(fù)始，并沒有消耗，對于外部電路它并沒有作功，這部分能量我們稱為“無功功率”，在電力系統(tǒng)中，除了負荷無功功率外，變壓器和線路電抗也需要消耗大量無功功率。但是，需要說明的是電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多，大體上表現(xiàn)在以下幾方面：

一是在一個并列運行的電力系統(tǒng)中，任何一點的頻率都是一樣的，在無功功率平衡時，整個電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是正常的，是可以達到額定值的，但有些節(jié)點處的電壓并不一定合格，如果無功不是處于平衡狀態(tài)時，那么情況就更復(fù)雜了，當無功出力大于無功負荷時，電壓普遍會高一些，但也會有個別地方可能低一些，反之，也是如此。

二是系統(tǒng)需要的無功功率遠遠大于發(fā)電機所能提供的無功出力，這是由于現(xiàn)代高壓電網(wǎng)包括各級變壓器和架空線路在傳送電能時需要消耗大量的無功，即“無功損耗”，一般來說，這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負荷的大小是差不多。

三是無功功率不宜遠距離輸送，當輸送功率與傳送距離達到一定極限時，其無功損耗Q=I2X相應(yīng)也很大，所輸送的無功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無功功率時，線路電壓損失也相當大，同樣會造成無法傳送的結(jié)果。

所以，合理的就地無功補償對調(diào)整系統(tǒng)電壓、降低損耗有十分重要的作用。在進行無功功率補償時應(yīng)該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，根據(jù)這個要求來裝設(shè)必要的無功功率補償裝置。

3 無功功率補償整改措施及建議

根據(jù)電力系統(tǒng)超無功電壓存在的問題，結(jié)合無功功率特性，建議從以下幾個方面對我司無功功率配置進行優(yōu)化：

3.1 加強電網(wǎng)側(cè)無功補償裝置的配置

一是加強同并網(wǎng)大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)，在枯水期、伏旱期提高大電網(wǎng)運行電壓運行水平，可直接改善系統(tǒng)運行電壓水平。

二是清理現(xiàn)有無功補償裝置，根據(jù)變電站負荷情況對無功補償裝置進行調(diào)整，同時對新建變電站配置充沛的無功補償裝置。

3.2 加強10kv配網(wǎng)側(cè)無功補償

一是建立小水電站的功率因數(shù)考核制度，目前已正在開展。根據(jù)運行數(shù)據(jù)分析并結(jié)合現(xiàn)有小水電分布情況，建議對小水電無功補償實施區(qū)別對待，對配電線路上T接小水電較多的電站建議按功率因數(shù)0.9進行考核，小水電較少的線路T接小水電按0.85進行考核，若功率因數(shù)考核均按0.85或0.80考核時，配網(wǎng)無功功率將向系統(tǒng)上網(wǎng)，反而增大線路損耗。

二是開展重負荷配變和重負荷用戶無功補償以及重負荷線路無功補償。由于35kv、10kv及一些低壓配電線路的阻抗相對較大，無功潮流在線路上流動時引起的功率損耗和電壓降落均較大，所以，在配網(wǎng)側(cè)進行無功補償可以有效地減少無功功率在電網(wǎng)中的輸送，降低網(wǎng)損和改善用戶電壓水平。根據(jù)計算，進行無功補償后，降損效果如下式：

即當功率因數(shù)從0.85提高至0.95時，通過上式，可求得有功損耗降低達20%左右，降損效果最明顯，線路無功補償?shù)慕?jīng)典補償方式如下表：

三是按無功功率分層分區(qū)、就地平衡的原則開展電網(wǎng)無功經(jīng)濟運行，合理投退無功補償裝置。

4 無功功率補償方式

目前，采用較多的幾種無功補償裝置分別為電容器、同步調(diào)相機、電抗器、靜止型動態(tài)無功補償器（即SVC）等。

電容器以其投資省、運行費用低、運行維護簡單和應(yīng)用范圍廣而被廣泛使用；但電容器的缺點是輸出無功功率與運行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無功將急劇下降，所以，事故情況下，電容器不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。

同步調(diào)相機是一種不帶機械負載的同步電動機，它是最早采用的一種無功補償設(shè)備，其主要缺點是投資大，運行維護復(fù)雜、能耗高，在并聯(lián)電容器得到大量采用后，它退居次要地位；但也有其明顯的優(yōu)點：調(diào)相機可以根據(jù)系統(tǒng)無功的需要，調(diào)節(jié)勵磁運行，過勵磁時可以做到發(fā)出其額定100%的無功功率，欠勵磁時還可以吸收其額定容量50%的無功功率，同時可以安裝強行勵磁裝置，當電網(wǎng)發(fā)生故障時，可以強行勵磁，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

電抗器是一種感性無功補償設(shè)備，它可以吸收系統(tǒng)中過剩的無功功率，避免電網(wǎng)運行電壓過高。一般就安裝于超高壓等級變電站和線路，為了防止超高壓線路空載或輕負荷運行時，線路的充電功率造成線路電壓升高，同時系統(tǒng)故障時產(chǎn)生的過電壓。

靜止型動態(tài)無功補償器是近年來發(fā)展起來的一種動態(tài)無功功率補償裝置，電容器、電抗器、調(diào)相機是對電力系統(tǒng)靜態(tài)無功電力的補償，而靜止型動態(tài)無功補償器主要是對電力系統(tǒng)中的動態(tài)沖擊負荷的補償和抑制諧波，如大型電爐煉鋼、大型軋機以及大型整流設(shè)備等，也可在電力系統(tǒng)的電壓樞紐點、支撐點靜止型動態(tài)無功補償器來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其最大特點是調(diào)節(jié)快速，響應(yīng)速度遠遠高于調(diào)相機，一般只有20ms，可以迅速改變所輸出無功功率的性質(zhì)和保持母線電壓恒定。

5 結(jié)束語

電壓是電能質(zhì)量的重要指標之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運行、電網(wǎng)損耗、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和人民生活用電都有直接影響。電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補償是提高系統(tǒng)運行電壓，減小電網(wǎng)耗損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。隨著調(diào)度自動化、配網(wǎng)自動化和無人變電站的實現(xiàn)，需要速度快，收斂性良好的算法，同時伴隨著電力市場化的推進，無功優(yōu)化的理論也將相應(yīng)改變并進一步完善，無功功率優(yōu)化將得到進一步的改善。