电力供电系统中无功补偿方案的讨论

电力供电系统中无功补偿方案的讨论

卫庭凤

四川省川河盛鑫电力工程有限公司  四川成都  610000

摘要：电力供电系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其运行质量直接影响到各行各业的生产和人们的生活。然而，在实际运行中，电力供电系统会存在一些问题，如功率因数低、谐波干扰大等，这些问题不仅会影响供电质量，还会增加线路损耗和设备损坏的风险。因此，采取有效的无功补偿方案对于提高电力供电系统的性能和稳定性具有重要意义。

关键词：电力供电系统；无功补偿；方案

1 无功补偿概述

1.1无功功率的产生原因

异步电动机、感应电炉、交流电焊机等电感性设备是产生无功功率的主要设备。据统计，在工矿企业中，异步电动机产生的无功功率占全部无功功率的60%~70%。变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%~15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因此，为了改善功率因数，变压器不应空载或长期低负载运行。当供电电压低于额定值时，会影响电气设备的正常工作；当供电电压为用电设备电压额定值的110%时，无功功率将增加35%左右。所以，应采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

1.2无功功率的定义和计算方法

在电力供电系统中，无功功率指的是电感或电容元件与交流电源往复交换的功率。简称为“无功”，用“Q”表示，单位是乏（Var）或千乏(KVar)。无功功率的计算方法主要基于正弦交流电路的理论，通过电压（U）、电流（I）和电压相位角（φ）三个参数进行计算。具体公式为：Q=UIsinφ。在实际应用中，无功功率的计量通常使用三相无功电能表。在使用过程中，可能会有正转和反转的现象，因此可能需要另加装cosφ相位表来直观显示相位的超前或滞后。另外，视在功率用S表示，是有功功率和无功功率的平方和的平方根，公式为S=sqrt(P^2+Q^2)。在实际应用中，我们通常使用视在功率来表示电路的总能量。

2 传统无功补偿方案的介绍和分析

2.1静态无功补偿装置的工作原理和应用

静态无功补偿装置（SVC）是一种广泛应用于电力系统中的无功补偿装置。其主要工作原理是通过控制电力电子器件的开关状态，来动态调节无功电流的输出，从而实现对电力系统无功功率的补偿。这种装置的应用可以有效地提高电力系统的稳定性和电能质量[1]。在实际应用中，SVC通常由并联电容器、电抗器、晶闸管等元件组成。其中，并联电容器可以提供超前电流，以补偿系统的容性无功功率；而电抗器则可以提供滞后电流，以补偿系统的感性无功功率。通过这些元件的组合和调节，SVC可以实现对电力系统无功功率的动态补偿。

2.2 静态无功补偿的优点和局限性

SVC可以快速地响应系统无功功率的变化，从而有效地提高电力系统的稳定性。通过精确地控制晶闸管的开关状态，SVC可以实现无功电流的精确调节，从而提高无功补偿效率，并可以应用于各种不同的电力系统，如配电、输电等，以满足不同系统的无功补偿需求。然而，SVC中的晶闸管等电力电子器件价格较高，因此整个装置的成本也相对较高。同时，需要消耗一定的电能来进行无功电流的调节，因此其能耗也相对较大。SVC中的晶闸管等电力电子器件在开关过程中会产生谐波干扰，对电力系统产生不利影响。

3 具有动态响应能力的无功补偿方案

3.1柔性交流输电系统（FACTS）技术的概念和原理

柔性交流输电系统（FACTS）技术是一种综合电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术的新技术，用于灵活快速控制交流输电。它通过应用大功率、高性能的电力电子元件制成可控有功或无功电源以及电网一次设备等，实现对输电系统电压、阻抗、相位角、功率、时尚等灵活控制，将原基本不可控电网变得能够全方面控制。从而大大提升电力系统的高度灵活性和安全稳定性，使得现有输电线路的输送能力大大提升。

3.2FACTS技术在无功补偿中的应用

在工业与民用配电系统中，传统的无功补偿技术通常采用无功补偿调压，一般需要提供无功功率设备，如发电机、调相机、并联电容器或电抗器及静止补偿器等等。然而，这些设备存在一些问题。例如，机械开关动作时间长、响应慢，无法适应在暂态过程中快速灵活连续调节电力潮流、阻尼系统振荡的要求。而FACTS技术的应用可以解决这些问题。FACTS可控制线路的电流和有功功率，能够调整电流大小、电流相位，改变有功功率潮流，对电网设备进行无功功率补偿，防止电路过载。此外，FACTS技术还可以降低传输损耗、提高设备使用效率、减少线路建设量等作用。

4 无功补偿方案的选择和实施策略

4.1根据电力系统的特点和需求选择合适的无功补偿方案

负荷类型：不同类型的负荷对无功功率的需求和补偿方式不同。例如，异步电动机、变压器等设备需要消耗无功功率来维持正常运行，而电力电子设备等非线性负荷则会产生谐波和无功损耗[2]。因此，需要根据负荷类型选择合适的无功补偿方案。

电压等级：不同电压等级的电力系统对无功补偿的要求不同。例如，高压系统需要大容量无功补偿装置来维持电压稳定，而低压系统则可以通过分散式无功补偿装置进行优化。因此，需要根据电压等级选择合适的无功补偿方案。

补偿容量：补偿容量需要根据负荷的无功需求和系统运行状态进行选择。过大的补偿容量会导致过补，而过小的补偿容量则可能无法满足系统需求。因此，需要选择合适的补偿容量以保证系统的稳定性和经济性。

响应速度：无功补偿装置的响应速度应足够快，以跟上系统负荷的变化和保证系统的稳定性。快速响应装置可以在短时间内进行动态无功补偿，提高系统的稳定性和性能。

4.2实施无功补偿方案时的注意事项和技术要求

实施无功补偿方案时的注意事项和技术要求：第一，计算无功功率安装容量：无功功率安装容量可依据功率估算（新建工程）、电气账单或测量数据进行计算；第二，确定电容器的安装位置与补偿方式：电容补偿的常用方式包括集中补偿、分组补偿和单台电动机就地补偿。在确定无功补偿容量时，应注意避免过补偿，导致倒送无功造成功率损耗增加。同时，还要根据实际情况选择合适的补偿方式，以充分挖掘设备输送功率的潜力；第三，选择电容器组的控制方式：根据电容补偿容量与变压器容量的比例，可以选择定值补偿或自动调节补偿；第四，选择合适电容器：在选择电容器时，需要考虑工作环境、谐波影响等因素，以确保电容器能够适应工作环境并提高使用寿命；第五，无功补偿的原则：无功补偿应本着全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则确定补偿容量和分布方式[3]。这需要同时考虑总体的无功平衡与局部的无功平衡，集中补偿与分散补偿的结合以及高压补偿与低压补偿的结合；第六，降损与调压相结合：对于供电半径较长、分支较多、负荷比较分散、自然功率因数低的线路，除了进行无功补偿以降低线路损失外，还可以考虑进行调压处理，提高线路的供电能力。

5 结论

综上所述，通过对电力供电系统进行合理的无功补偿方案的探讨，SVC和FACTS补偿方案可以提高电力系统的性能和稳定性、降低线路损耗和设备损坏的风险、改善供电质量等。同时，也需要针对不同的实际情况选择不同的无功补偿方案并进行灵活运用以实现更好的补偿效果。希望这些内容能为电力系统的运行和管理提供有益的参考，优化电能质量和经济效益，提高供电系统的稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]王敖.城市轨道交通供电系统的无功补偿方案研究[J].机电工程技术, 2021, 50(5):5.

[2]李鹏举.电力系统中无功补偿技术的应用[J].电力系统装备, 2021.

[3]刘永华.工厂供电系统中的功率因素及无功补偿探讨[J].中国科技期刊数据库 工业A, 2022.