电力配网系统的无功补偿及其优化的研究认识实践

张毅

摘要：我国电力能源的迅速发展，使得电力能源的供应问题日益突出。对电力系统在运行中进行无功补偿以及无功优化措施都提出了较高的要求，但是从现阶段我国电力系统的运行状况来看，我国的无功优化在控制过程中还存在一定的问题，主要表现在控制算法以及实际应用中。无功优化的主要作用是通过一定的控制手段，使电力系统能够实现稳定与高效的运行，以保证电力企业经济效益的最大化。因此，电力行业的工作人员，要在总结工作经验的基础上，积极探索无功补偿与无功优化的最佳方案。本文分析了电力系统无功补偿优化规划。

关键词：电力系统;无功补偿;优化规划

近年来随着经济的发展，电力系统不断得到发展与完善，为国家的工业生产居民生活等方面提供了越来越多的电力能源。随着用电结构的不断优化以及用电需求的增加，对电力能源的供求平衡提出了越来越高的要求，电力工作人员也不断的寻找优化电能供应的方式。在长期实践的基础上，相关技术人员从电网传输的消耗角度，探讨电力系统的无功补偿，以解决当前形势下电力能源供求不平衡的关系。

一、概述

1.无功补偿的概念。无功功率补偿就是指在电力系统中为了使功率因数作用提升而运用的一种补偿方法，其应用能够使供电效率得到增强，使供电环境得到改善。由此，无功补偿在电力系统中占据的作用非常大，能够最大限度的将电网损耗减少，使电网运行质量提升。

2.无功补偿的原理和意义。在电力系统，电网功率的输出方式有两种，即为有功功率和无功功率。而无功功率與有功功率最大的区别就在于无功功率不损耗电能，而是通过其他的形式把电能转化为能够使电气设备运作的其他功能，如电容器建立电场所占的电能就是无功功率。而无功功率补偿，就是使感性负荷所需要的无功功率由容性负荷输出，无功功率补偿不仅减少发电、供电设备的设计容量，可以大幅度地减少资金投入，而且可以减低线损，线损的减低直接关系着供电部门的经济。比如：在功率因数增大至0.9以后，则要在系统中安装一个可以省点的电容器，通过实践显示，安装以后，能够节省的电容量为0.67KW;但如果增加至了0.89KW，则表示原有的设备其供电容量增大了。

二、电力系统无功补偿优化规划

在电力系统中，电压与无功功率也是一对统一体。当系统发出的无功功率大于负载所消耗的无功功率时，系统电压就会升高，当系统发出的无功功率小于负载所消耗的无功功率时，系统电压就会降低，无功功率严重不足时，会造成电力系统电压急剧下降，可能会使系统瓦解，造成电网大面积停电。电力系统会采用大量的无功补偿装置，为避免输电系统长距离传输无功功率而增大无功损耗，电力系统基本在受电端安装无功补偿装置即采用就地平衡的原则以保证系统各枢纽变电站的电压能够满足规定的要求。

1同步发电机

同步发电机可以认为是原始的无功补偿装置。在电力系统中，它既能够输送有功也能够输送无功。通过调节发电机的电压，可以保证网络的电压控制。发电机无功功率的调节，是保证电网电压的主要措施，还可以通过调节运行方式控制系统的多余的无功功率。同步调相机可以看成是一种不带任何负载的同步电动机，其补偿特点是既能过励磁运行，发出感性无功功率使电压升高，也能欠励磁运行吸收感性无功功率使电压降低。早期对功率因数补偿要求较高的场合，通常采用这种方式，有时，这种电机也称之为同步补偿机。由于同步调相机相当于空载运行的同步电动机，也即是一种基于旋转电机的补偿设备，它还有一定的电机旋转损耗，但它可以通过增加励磁向电网发出无功。在过励磁运行时，它向系统提供感性无功功率，因而也称之为无功电源，此时，同步调相机的功能如同电容器;在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功，其功能相当于一个电感。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁运行方式的最大容量只有过励磁容量的50%～60%，装有自动励磁调节装置的同步调相机能根据装设地点的电压等级要求平滑改变输出（或吸收）的无功功率，以实现电压调节。

2.并联电容器组

并联电容器组作为一种简单而又经济的补偿方式得到了广泛应用，其通常与断路器组合使用，也用于系统节点永久性连接。在现场，电容器以并联的方式使用最为普遍，该方法十分灵活，有分散、集中以及分相等形式。并联电容器组作为无功补偿的方案，具有成本低、维护简单、损耗非常低的优点，其不足之处是不能够连续可调、动态无功调节性能较差，因此在电压降低时反应不可靠。此外，系统中的电容器组有可能导致谐波放大，促使电流增大，有引起电容器发热甚至爆炸的危险，运行中应加以注意。开关一般分为断路器开关和电力电子开关。断路器开关属于机械式，时延较大，很难满足电力系统快速动态变化的要求，其开关过程容易引起操作过电压和过电流，烧坏设备的触点，并使电容器组承受很大的冲击电流，导致故障或烧毁。而电力电子技术的发展带来了新的可能，能够实现快速、准确投切的作用。无功功率是保证电力系统正常运行的非常重要的参数。为了保证电力系统正常运行，电源端向负载输送的功率有两种，其一为有功功率，其二为无功功率。前者是保证电气设备正常运行而需要的电功率，后者是把电能转变为其他形式能量的电功率（如热能、光能、动能等）。有功功率是实在的、消耗的能量，无功功率则是为了系统内电场与磁场的转换而需要的电功率。

3.提高用电设备的功率因数

根据物理电能公式推论，电力系统运用无功补偿后，负载电流明显减低，输电线路的能耗明显下降。由于电力系统中不存在纯电阻，因此功率因数规定在0～1范围内，电力系统中的用电设备（变压器等）会产生大小不一的无功功率，输电线路存在一定程度的电能损耗，此时电容器提供无功补偿，提高系统的功率因数，功率因数大于0.9，电力系统达到稳定运行状态。电网系统功率因数提高，可以有效提高电能计量的准确性，使用户实际用量和电能计量相符。单纯从计量角度去说，功率因数的高低，对有功电能的计量精度影响不大，但从整个用电系统来说，功率因数提高了，既不过补，又不欠补，总用电电流就会相应减小，线路上的损耗电量就会减小，会节省一部分电能，有功表会少走一些。

4.补偿三相不平衡

补偿三相不平衡是通过负荷的需要和不同负荷状态存在不同的无功补偿，来达到三相不平衡补偿的实际需求的目的，该无功补偿方式对电能计量的准确性影响较大。电力系统出现三相不平衡现象时，会出现零序和负序的状况，通过无功补偿后，电力系统的负荷逐渐平衡。三相不平衡通过排除无功功率对输电系统影响，来保证电能计量的准确性，根据三相不平衡的无功功率的大小，选择合理的电容器，可以有效降低无功功率对电能计量的影响。

我国的电力能源逐渐得到了较为广泛的应用，已经逐渐步入节约型社会的发展状态。为进一步极强对能源的节约，在电力系统的运行中加强对无功补偿与优化方式的探索，一方面能够降低电力系统在电能输送中的损耗，另一方面能够节约电力系统的运行成本，使得电力企业的经济效益最大化。这对保障居民用电稳定以及提高电力企业的经济效益等都有着积极意义。

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