王振南
摘要:无功补偿作为保持电力系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要措施,己在电网中得到广泛应用。合理选择无功补偿点及补偿容量,能够有效地维持系统的电压水平,提高电压稳定性,避免大量无功的远距离传输,从而降低有功网损,减少发电费用,提高设备利用率。本文结合实例,分析了经过无功补偿优化后的经济效益。
关键词:配电网;无功补偿;降低网损;经济效益
1.无功功率补偿原理
电网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工作的。磁场所具有的磁场能量是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场,在一周内吸收的功率和释放的功率相等,这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器,在一周内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等,这种冲放电功率叫容性无功功率。
将电容器和电感并联接在同一电路中,电感吸收能量时,正好电容器在释放能量。能量就在它们之间交换,即感性负荷(电动机、变压器等)所吸收的无功功率,可由电容器输出的无功功率中得到补偿。无功补偿的作用和原理可由图1 解释。
设电感性负荷需要从电源吸取的无功功率为 ,装设无功补偿装置后,补偿无功功率为 ,使电源输送的无功功率减少为 ,功率因数由 提高到 ,视在功率 减少到 ,如图1 所示。
并联电容器的无功补偿作用和原理,可以用图2 加以说明。
图中的用电负荷总电流 可以分解为有功电流分量 和无功电流分量 (电感性的)。当并联电容器投入运行时,流入电容器的容性电流 与 方向相反故可抵消一部分 ,使电感性电流分量 降低为 ,总电流 由降低为 ,功率因数由 提高到 。若补偿的电容电流 等于负荷电流的感性无功分量 ,则 。这时,负荷所需的无功功率全部由补偿电容供给,电网只需供有功功率。
2 电网无功补偿的效益分析
2.1 无功补偿优化的基本原则
无功补偿优化的基本原则是:全面规划,合理布局。分散补偿,就地平衡,自动控制。集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主。高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主。降损与调压相结合,以降损为主,兼顾调压。
电力企业的无功补偿,要与用户的无功补偿相结合,在补偿过程中,既要满足全网总的无功电力平衡,又要满足各站、各配变、各配电线的无功电力平衡,在力求取得最佳经济效果的同时,还有防止轻负荷时的过补偿。
2.2 无功补偿的效益分析
(1)无功补偿经济当量
线路补偿前的有功功率损耗为:
(1)
加装补偿容量 之后,有功功率损耗为:
(2)
有功损耗的减小值为:
(3)
无功经济当量的意义是线路投入单位补偿容量时,有功损耗的减小值,即
(4)
式中: —— 个单位无功功率通过线路时,由线路等效电阻 引起的损耗(KW);
——单位无功功率通过线路时,由线路等效电阻 引起的损耗(KW);
——无功功率的相对降低值,通常称为补偿度。
从(4)式容易得出一下结论:
1.补偿度低时,即 时,则
2.补偿度高时,即 时,则
因此可以知,补偿容量越大,其对减小有功功率损耗的作用在变小。也就是说,并不是补偿容量越大就越经济,当功率因数趋近于 1 时,降损效果越来越不明显。如果过补偿,则增加损耗。一般情况下,补偿度控制在功率因数为09.-0.95 之间最为经济。
(2)降损收益分析
降损收益分为两部分,一部分是在电力短缺的情况下,降低的电能损耗将全部化为售电量,此值与售电单价的乘积为增加的售电收入;另一部分是在正常情况下降低了电能损耗,即減少供电企业的购电量,此值与购电单价的乘积为节约的购电费支出。
即:
其中: ——降损总收益(万元)
——售电收入(万元)
——购电费(万元)
——增加的售电量(万kWh)
——售电单价(元//kWh)
——减少的购电量(万kWh)
——购电单价(元/kWh)
(3)投资收益分析
投资收益为降损收益扣除折旧费及运行维护费后的赢余。
即:F=Fc-z-w
其中:F ——投资收益(万元)
Z ——折旧费(万元)
W ——运行维护费(万元)
投资收益与投资回收时间的关系如图2.4 所示。对任一线路,补偿容量的大小影响投资的回收时间。假设采取 3 种补偿方案,第一种方案的补偿容量最大,第三种方案的补偿容量最小,第二种方案的补偿容量介于以上两种方案之间,则补偿后线路的功率因数有cosφ >cosφ > cosφ,分别对应于3 条曲线(纵坐标表示投资收益,横坐标表示投资回收时间),cosφ 所对应的补偿度最低,一次性投资最小,投资回收期最短; cosφ所对应的补偿度最高,一次性投资最大,投资回收期最长,但在一个较长的时间段内的收益最大。
3.小结
本文结合实例分析了无功补偿的经济效益。它可以提高电压质量,减少线路功率损耗与电能损耗,提高供电设备的使用效率,减少变配电设备的投资,同时减少了用电户电费支出,取得了良好的经济效益。
参考文献:
[1] 靳龙章,丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京:中国水利电力出版社,1997
[2] 程浩忠,吴浩.电力系统无功与电压稳定性[M].北京:中国电力出版社,2004
[3] 周志敏,周纪海,纪爱华.无功补偿电容器配置[M].北京:电子工业出版社,2009
(作者单位:国网江西省电力有限公司莲花县供电分公司)