无功功率平衡及优化补偿

简介： 电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，电压问题本质上就是一个无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。
关键字：无功功率平衡 优化补偿

　　电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，电压问题本质上就是一个无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。

　　1 无功功率平衡

　　1.1 补偿容量不足时的无功功率平衡

　　进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压质量就得不到保证。在图1所示的系统无功功率负荷的静态电压特性曲线中，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率QGCN，由无功功率平衡的条件QGCN - QLD - QL = 0决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为QGC(QGCGCN)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于Un。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。



　　1.2 系统无功功率电源充足时的无功功率平衡

　　在正常情况下(系统电压为额定电压)，如图2所示。系统无功电源Q同电压U的关系为曲线1，负荷的无功电压特性为曲线2，两者的交点a确定了负荷节点的电压Ua。



　　当负荷增加时，如曲线2’所示，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线2’的交点a’就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ua’，显然Ua’a，说明负荷增加后，系统的无功功率电源已不能满足在电压Ua下的无功平衡，只能降低电压运行，以取得较低电压下的无功功率平衡；但如果系统无功电源比较充足，通过补偿，电源的无功特性将上移到曲线1’的位置，从而使曲线1’与2’的交点c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Ua。由此可见，若系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平;反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。

　　2 配电网无功优化补偿

　　由于电网的线损主要是线路损耗与变压器损耗，所以配电网的降损节能，也就是对电网中所有的电力线路和变压器进行优化。无功优化的目的是通过调整无功潮流的分布降低网络的有功功率损耗，并保持最好的电压水平。无功优化补偿一般有变电所无功负荷的最优补偿、配电线路最优补偿以及配电变压器低压侧最优补偿，而配电变压器低压侧最优补偿是配电网无功优化的重点之一。

　　配电变压器一般实行随器补偿，是将低压补偿电容器直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。采用传统的无载配电变压器结合低压侧并联电容器装置，在实际运行中因配电变压器不能自动调档，出口端电压一般在110％～115％之间，并联的电容器装置受出口端电压影响电容投运率较低，配电网中大量的感性负荷得不到补偿，用电高峰时压降达30～40 V左右，直接影响着电力企业供电质量及经济效益。

　　解决这一问题，可采用有载配电变压器自动调压和合理的无功自动补偿，能保证配电网供电电压质量，改善功率因数，达到无功就地平衡的目的，提高电力系统的供电能力，使配电网系统在经济合理、稳定安全的状态下运行。


2.1 自动调压补偿控制原理

　　在实际运行中，使用无功自动补偿装置进行就地补偿，可以在实现减少线损的同时，对电压质量起到一定的改善作用。但是，实践证明由于公用配变负荷变化大，带来电压波动也大，往往单纯依靠无功补偿并不能很好地解决电压质量问题，因此采取以无功和电压作为二元的控制变量，以“九区图”作为基本的控制算法，进行自动跟踪补偿和自动调压相配合的措施，可实现进一步改善电能质量的目的。

　　为了使电压U与无功Q达到所需的值，通过改变有载配电变压器分接开关档位和投切电容器组来改变配电系统的U和Q。有载配电变压器分接头档位的变化不仅对U有影响，而且对Q也有一定影响，同样，电容器组投切对Q影响的同时，也对U有一定的影响。

　　运行控制区域见图1， 每个指向正常区域的箭头代表一种调节方案，共有9种方案。（具体内容以前有过详细介绍，这里不再赘述）

　　2.2 配变自动调压补偿系统工作原理方框图（如图2所示）

　　2.3配变自动调压补偿系统一次接线图（如图3所示）



　　3 配网无功补偿的效果

　　3.1 提高功率因数和设备的供电能力

　　在电网运行中，由于大量非线性负载的运行，除要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变压器时将会产生电能损耗。由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，提高电气设备的有功出力。
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