电力系统无功补偿现状的分析研究

电力系统无功补偿现状的分析研究

一、无功补偿及其机理

　　（一）无功补偿

　　无功补偿全名无功功率补偿，它是为电力供电系统提供电网功率因数的一种重要手段，通过无功补偿可以有效降低变压器和输送线路上的能量耗损，从而提高电力系统供电效率并改善供电的环境。由此可见，无功补偿装置作为无功补偿的重要抓手，在电力系统的供电过程起到了至关重要的作用。实践证明，选择合适的无功补偿装置，不但可以最大限度地减少供电网络中的能量损耗，而且可以使供电电网的质量大幅度提高。若无功补偿装置选择不当，则会使电力系统出现电压波动及谐波增大等现象。一般而言，当交流电通过纯电阻时，电能将转化成大量的热能，然而当其通过纯容性或纯感性负载时并不做功，即没有消耗任何电能，为无功功率。从实践来看，电力系统中的实际负载不可能是纯容性负载或纯感性负载，多是混合型的负载，这就使得电流通过电力系统时有部分电能不会做功，即无功功率。此时的无功功率因数会小于1，为了进一步提高电能利用率，势必要采用无功补偿的方法。

　　（二）无功补偿的机理

　　无功补偿的机理：电力系统电网的输出功率主要包括两部分，即有功功率和无功功率。前者主要是指电力系统中直接消耗的电能，将电能转化成机械能、热能以及化学能等，并利用此能量来做功，因此将这些功率称作有功功率；后者则不需要消耗任何电能，只是将电能转换成另一种形式的能量而已，这种能量作为用电设备做功的必须条件，它主要是在电网与电能之间进行周期性的转换，因此称作无功功率。比如，电磁元件在建立磁场时占用的电能以及电容器在建立电场时占的电能等。一般而言，电流在电感元件中做功时会滞后电压九十度，而在电容元件中做功时会超前电压九十度。在同种电路中，电感电流和电容电流的方向正好相反。

　　1、无功补偿具体实现形式。将具有容性功率负荷的装置和感性功率负荷的装置并联在同一个电路之中，这样电能就会在两种不同负荷的装置之间来回的交换，感性功率负荷所需的无功功率就可以通过容性功率负荷输出的无功功率来实现补偿。

　　2、无功补偿的作用。无功补偿可以有效增加电力系统电网中的有功功率之比例常数，减少电力系统发、供电装置的设计容量并减少资金投入。比如，当电力系统功率因数由cosΦ=0.8增加至cosΦ=0.95时，若安装1千瓦的电容器则可以节省设备容量为0.52千瓦；相反，若增加0.52千瓦则相当于增加了发、供电装置的容量。由此可见，对新建或改建的电力工程而言，一定要充分地考虑好无功补偿的问题，这样可以通过减少用电设备的容量设计来减少资金的投入。同时，还通过无功补偿还可以有效地降低线路中的能量损耗，根据公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%可知，1-cosΦ是无功补偿之后的功率因数，cosΦ为补偿前的无功功率因数，二者的关系是cosΦ>1-cosΦ，因此提高无功功率因数之后，电线上的能量耗损也就下降了，从而减少了设计中的容量考虑，增加了电网中的有功功率输送比例，为供电企业实现经济效益提供了保证。

　　二、无功补偿的方法与现状

　　（一）目前无功补偿的主要方法

　　基于以上对无功补偿的分析，无功补偿主要是采用了低压无功补偿的技术，就该技术使用现状而言，其具体方法主要有随机补偿、随器补偿以及跟踪补偿三种。具体分析如下：

　　1、随机补偿法。随机补偿法主要是把电动机与低压电容器组并连在一起，通过有效的控制设备对保护装置和电动机进行同时投切。该种无功补偿方法一般适用于电动机的无功耗损上，它以补励磁无功为主，可以有效地制约用电单位的无功负荷。随机补偿方的要点在于通过对电动机与电容器组的同时控制，来实现无功补偿，因此其优点主要表现为：当用电设备运行时，可以及时有效地进行无功补偿；当用电设备停止运行时，无功补偿设备也会同时退去。这种补偿法不但大大提高了无功补偿的效率，而且也减少了频繁调整的次数，更加方便、快捷。此外，随机补偿法还具有投资少、占空小、安装易、维护简单以及事故发生率低等特点，因此它是一种不可多得的无功补偿节电技术，并在当前电力系统供电过程中发挥着重要的作用。

　　2、随器补偿法。随器补偿法主要是通过低压保险设备将低压电容器连接在配电变压器的一侧，其作用是补偿电变压器空载无功功率。变压器在空载和轻载时的无功负荷主要表现为变压器空载励磁无功，而配变空载无功是用电企业无功负荷的重要组成部分。对于那些轻负载的配电变压器而言，该无功耗损将在供电量中的占有比例非常大，因而导致了电价的增加。随器补偿法的优点主要表现在接线比较简单、管理方便以及自动补偿能力强等方面。因此，采用随器补偿的方法，可以提高配电变压器的功率，降低无功耗损，在现代供电系统中也经常使用。

　　3、跟踪补偿法。跟踪补偿法主要是将无功补偿投切设备作为控制与保护装置，并将低压电容器组补偿于大用户母线上的一种无功补偿方式。该补偿发法主要适用于专用配变客户，不但可以替代随器与随机两种补偿方式，而且效果非常明显。跟踪补偿法的优点主要表现为：运行方式比较灵活、运行维护的工作量比较小，与随器和随机补偿法相比，不但使用寿命有所延长，而且运行更加安全、可靠。但这种补偿方法有其自身的缺点，主要表现为：其控制和保护装置比较复杂、初期投资较多，但当三种补偿法的经济性比较接近时，应当首先跟踪补偿法。

　　（二）无功补偿现状

　　电力系统无功补偿现状主要表现在无功补偿装置的使用现状上。作为传统电力系统的主要负荷，异步电动机的使用使电力电网产生了感性的无功电流，而电力装置的功率因数一般都非常的低，这就导致了电力电网中会出现无功电流。为了保证供电质量，无功补偿将目前保持电力系统高质量供电的主要手段。无功补偿技术，主要经历了同步调相机→开关投切式固定电容器→静止的无功补偿器 即SVC→静止的无功发生器即SVG等演变过程。随着科技的不断进步，静止无功补偿技术逐渐进入无功补偿领域。静止无功补偿技术主要是利用静止开关投切电容器、电抗器等设备，通过吸收和发出无功率电流来提高整个电力系统中的功率因数，从而稳定电力系统的电压。通过改变对可控饱和电抗器控制绕组中的电流可以有效控制铁心饱和度，进而改变系统中电抗器之电抗、改变无功电流大小。 随着科学电子技术的不断进步，目前已经出现了利用自换相变流电路的静止无功补偿装置，即静止无功发生器（SVG）。无功补偿技术已经得到了广泛的应用，目前来看，国际国内除了对SVC与SVG 无功补偿进了探讨之外，正在研究动态无功补偿技术以及交-交变频电路、赌流式自换相桥电路等静止变流器。其本质都是通过无功补偿来降低能耗，提高电力系统的供电能力和控制能力。