无功补偿下的电网电能质量提升

吴景营

（广东光达电气股份有限公司，广东 佛山 528329）

0 引 言

据有关调查显示，在我国电力工业中普遍存在着一种“重有功负荷与电量、轻无功负荷与电量”的现象。造成这种现象的原因主要有两个，一是电力企业在满足电力有功方面需求的同时无暇顾及无功问题，二是电力企业对无功电量缺乏正确的认知。随着社会经济的快速发展及人们生活质量水平的不断提升，各种电器设备走进并融入了人们的生活当中，再加上各种企业的迅速崛起，逐渐加大了我国电网无功问题的缺口。在新时代背景下，节能降损才应是我国电力企业追逐的目标。但事实上我国电网系统中存在着大量的无功负荷，已严重影响到电力企业的经济效益与用户的用电安全。而最有效的解决办法就是对电网电能进行无功补偿，这样才能在降低耗损的同时改善电网电能质量，提升电力企业的经济效益。

1 电网无功补偿的概述

电网输出的功率分为有功功率和无功功率两个部分。其中，有功功率指的是能够将电能直接消耗掉，转变为机械能、热能以及声能等各种能，无功功率指的是不能够将电能直接消耗掉，只是将其转换成另一汇总形式的能，而这种能恰恰是促进各类电器设备做功的前提条件，能够与电网中的电能进行转换[1]。在配电网系统中有着各种各样的配电设备及各级电网，存在着相当数量的无功功率，特别是在低压配电系统中无功功率所占的比例更大。如果能够在配电网系统中合理运用无功补偿设备，那么不仅能够大大降低无功功率的损失，还能够有效提升输电设备的运行效率，改善电能质量。无功补偿无论是在大系统还是在小系统中所起到的作用都是非常大的，大系统中的无功补偿能够调节整个电网的电压，使其稳定运行，小系统中的无功补偿在调节电网电压的同时还能够调整系统中的三相不平衡电流。如果某一系统出现三相不平衡的问题，那么就可以选择在三相之间及各相与零线之间接入适当容量的电容器，以此来起到补偿三相之间无功功率的目的。

2 电网无功补偿的原则

配电网系统中存在着相当数量的无功功率，各种配电设备及各级电网的运行都需要消耗一定的无功功率。如果各电力企业想要提升配电网系统与配电设备的运行效率并减少电力系统中无功功率的损耗，那么配电系统中无功补偿设备的布局与配置就必须要严格按照“分级补偿”和“就地平衡”的原则进行，而且在我国有关电力系统安全稳定运行的准则中已明确指出无功补偿设备的配置原则必须要遵循以下几点。

一是集中补偿与分散补偿相结合。对一些集中安装具有较大容量的电容器进行集中补偿，对一些配电网络及用户与用电设备分散的地区就进行分散的无功补偿。

二是确保各节点电压合格且无功裕量充足。并不是任何时候都能够对电网进行无功补偿，而是需要具备一定的条件。其中最为重要的一条就是必须要保证各节点电压合格且无功裕量充足，只有充分满足这两个基本条件时才能够对电网进行无功补偿[2]。

三是保证区域电网的经济与协调性。对电网进行无功补偿的目的就是为了节能降损，提升电网的经济效率，使其能够在一个最优的状态下运行。

四是从全局的电压稳定需求入手。对电网进行无功补偿的结果应是能够使其充分满足各个节点的电压稳定需求，如果单单只是对局部进行无功补偿，那么不仅不会起到相应的效果，还可能会严重影响到整个系统的电压稳定。因此在进行电网无功补偿工作时，必须要充分考虑到全局电压的稳定需求。

五是具备紧急控制和常规控制功能。一般情况下，电力系统是通过控制与调节各级电压控制器的整定值来使得各级电力区域的无功功率处于一个最经济的状态。但当出现相关紧急情况时，需要保证电力系统能够迅速做出应急措施，从而才能使各地区的电压能够恢复正常，保证各区域电力的顺利运行。因此在进行电网无功补偿工作时，相关工作人员必须确保无功补偿设备具有紧急与常规控制功能。

六是杜绝频繁操作调节设备的现象出现。在配电系统中常见的调节设备有电容器组及有载调节变压器等设备。避免频繁操作是因为有电容器组及有载调节变压器等调节设备的使用寿命与电压波动是有一定限制，所以在日常工作中各电力企业必须要限制相关设备的调节次数。在对全局进行无功补偿的过程中，工作人员不仅要避免对局部变电站的调控，而且还必须要将控制设备与变电站的操作进行相互的配合，这样才能在保证设备操作效果良好的同时减少对调节设备的操作[3]。

七是具备不同的调压方式。因为这样才能保证无功补偿系统可以对不同时段以及不同母线的电压限值进行良好的约束，从而满足不同电力用户的实际电力需求。

3 电网无功补偿的方法以及装置

一般情况下，如果配电网系统中的电压出现了波动，那么各电力企业就必须要尽快采取相应的解决措施使其恢复稳定。因此为了充分确保配电系统电压的稳定，各电力企业在采取应对措施时必须要具备两个条件。一是可以起到调节变电站变压器分接头的作用，二是可以对配电系统中的无功补偿设备起到控制作用，这样一来各电力企业就能够通过改变系统中的无功功率来达到稳定电压的目的。

现阶段所见到的无功补偿装置设备已经历了并联电容器、并联电抗器、同步调相段以及静止无功补偿装置4个发展阶段。

3.1 并联电容器

并联电容器是一种最为常见的无功补偿装置设备，虽然它并不能有效吸收配电系统中的无功功率，但是能够为配电系统提供感性无功功率。并联电容器具有投资小、运行方便且安装地点灵活的特点，而它最大的优点就是在能提升电网系统的负荷功率因数的同时减少电能的损耗。其缺点就是但配电系统出现谐波时会在一定程度上放大谐波电流导致电容器烧毁。并联电容器接线实物如图1所示。

图1 并联电容器接线实物图

3.2 并联电抗器

与并联电容器的功能恰恰相反，并联电抗器在配电系统中的主要功能是吸收容性无功功率。当供电线路电压出现轻载、空载或者是超出正常范围时，并联电抗器就可以对供电线路中的电压进行控制，同时还能够控制过电压[4]。与并联电容器一样，并联电抗器也具有投资少、运行方便以及低成本等特点，实物如图2所示。

图2 并联电抗器

3.3 同步调相机

在配电系统中，同步调相机所起到的作用是产生无功功率。虽然同步调相机是一种不带机械负荷的补偿装置，但是它却能够充分结合配电系统的无功功率调整自身的运行状态，当处于过励运行状态时，同步调相机就会在额定电压±5%的时候产生无功功率，但同步调相机也会在系统处于欠励运行状态时吸收无功功率。其缺点是需要消耗大量的有功功率，且投资成本大。

3.4 静止补偿器

静止补偿器不仅能够很好改变或者吸收配电系统中所产生的无功功率，还能够充分根据电力系统中电压的变化对无功功率进行调整。随着时代及科学技术的快速发展，当前在配电系统无功补偿装置中所应用的静止补偿器进行了全新改革，采用了新型的晶闸管无功补偿装置。静止补偿器的最大优点是反应快且价格适中，但在日常工作中产生的谐波大，而且还需要大容量和大电感的器件才能很好地实现工作[5-7]。

4 电网无功补偿提升电能质量的途径

通过无功补偿装置提升电网电能质量的方法与途径有很多，各电力企业需要充分结合每一个地区的电力实际情况来选择最适合的提升措施。

4.1 应用无功补偿电容器来提升电能质量

在上面笔者就已经说到过了无功功率不能直接将电能消耗掉，但是却会在电能传输的过程中消耗掉一定量的有功功率与电压。如果相关电力企业在配电系统中应用无功补偿电容器，那么不仅能够有效补偿电力网中电容量，而且还能够有效降低电力网中的有功功率及电压，从而提升用电用户的电能质量更重要的是无功补偿电容器的安装与维修工作十分简单。

4.2 电力部门补偿与用户补偿有效结合

如果各电力企业想要切实有效地提升电网电能质量，那么就可以结合总无功电力需求在电力部门对无功电力管理的同时为用户安装无功补偿设备，以此来调动供电部门及用户的用电积极性[8-10]。

4.3 集中补偿与分散补偿相结合

这样一来就能够使配电系统中的无功补偿起到一个平衡总体与局部的作用。变电器的集中与分散补偿不仅能够有效降低用户的供电线路损耗，而且还能够有效降低整个电网的无功损耗，从而达到节能降损的目的。

4.4 调压与降低损耗相结合

这一过程中必须以降低损耗为主，然后再充分运用并联电容器来实施无功补偿，以此来使电网电压达到一个无功平衡的状态。

5 结 论

基于无功补偿下的电网电能质量提升有着十分积极的现实意义，不仅能降低输电线路及变压器中的无功电流，而且还能提升用户用电设备中的功率因数，更重要的是通过安装无功补偿设备可以减少供电线路中电压的消耗，在改善电网电能质量的同时也能给用户及电力企业带来良好的经济效益。