電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償

1、電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償眾所周知， 電源能量通過電感或電容時(shí)并沒有能量消耗，只是在負(fù)荷與電源之間相互交換和三相之間流動。 由于這種交換功率不對外做功，因此稱為無功功率。電力系統(tǒng)中的設(shè)備大部分是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，它們在單位周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相同，以此建立交變的磁場， 這部分功率就是無功功率?？梢?，無功功率在電力系統(tǒng)中扮演了重要的角色?？墒窃陔娏ο到y(tǒng)中為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償呢？無功補(bǔ)償?shù)谋匾栽陔娏ο到y(tǒng)中， 如變壓器、 電動機(jī)等許多工作時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁的設(shè)備都需要從電力系統(tǒng)中吸收無功功率； 并且輸電線路具有分布電容，在電壓下將產(chǎn)生容性無功功率，也就是說線路也要吸收感性無功。 發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中

2、唯一的有功電源，也是基本的無功電源。 如果只依靠發(fā)電機(jī)來提供無功功率的，由于無功功率不斷地來回地交換會引起發(fā)電、輸電及供配電設(shè)備上的電壓損耗及功率損失。另外，發(fā)電機(jī)發(fā)出的所有功率等于有功功率與無功功率的矢量和，提供的無功功率多時(shí)， 提供的有功功率也就相對就減少了，顯然這種運(yùn)行方式也是很不經(jīng)濟(jì)的。如果不進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，通常會造成兩個(gè)主要問題：（ 1）在電力傳輸系統(tǒng)中，如果說出現(xiàn)了無功功率不足的現(xiàn)象，那么就會導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電壓以及功率因數(shù)不斷的降低，最終導(dǎo)致用電設(shè)備受到破壞， 嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓崩潰，使得整個(gè)電網(wǎng)控制系統(tǒng)瓦解，從而造成片區(qū)大面積的停電。（ 2）電力電壓以及功率

3、因素的降低，會導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電氣傳輸設(shè)備無法得到有效的利用， 從而造成了電力系統(tǒng)中傳輸?shù)碾娔軗p耗不斷增加，降低了電能傳輸?shù)男?，給用電用戶的日常生活帶來的極大的困擾。因此國家相關(guān)政策規(guī)定， 各級電壓的電力網(wǎng)和電力用戶都要提高自然功率因數(shù)，并按無功分層分區(qū)和就地平衡以及便于調(diào)壓的原則，安裝無功補(bǔ)償設(shè)備和必要的調(diào)壓裝置，電網(wǎng)用戶都要提高調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行水平。無功補(bǔ)償?shù)淖饔茫?1）提高電壓質(zhì)量將線路中的電流分為有功電流Ia和無功電流 Ir，則線路中的電壓損失為U 3 ( I aR I r X l ) 3 PR QXlU其中， P 為有功功率，Q 為無功功率，U 為額定電壓，R 為線路總

4、電阻，Xl 為線路感抗。因此，提高功率因數(shù)后會減少線路上傳輸?shù)臒o功功率，相應(yīng)會減小電壓損失，從而提高了電壓質(zhì)量。（ 2）提高變壓器的利用率，減少投資電力系統(tǒng)功率因數(shù)提高，相應(yīng)變壓器的利用率也會提高：S%S1S2 100% (1cos1 ) 100%S1cos2由此可見，補(bǔ)償后的變壓器利用率提高了S% ，可以帶更多的負(fù)荷，減少輸變電設(shè)備的投資。（ 3）減少用戶電費(fèi)支出不僅可以避免功率因數(shù)低于規(guī)定值而受罰，而且還可以減少用戶內(nèi)部因傳輸和分配無功功率而造成的有功功率損耗，電費(fèi)可相應(yīng)降低。無功補(bǔ)償?shù)幕驹黼娏ο到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性的，需要容性無功來補(bǔ)償感性無功。將電容并入RL 支路后，電路如

5、圖（a）所示，該電路的電流方程為?II lI rl由圖（ b）的相量圖可知，并聯(lián)電容后，U 與 I 的相位差變小了，即供電回路的功率因數(shù)提高了，此時(shí)電流滯后于電壓，這種情況為欠補(bǔ)償。若電容 C 的容量過大，會導(dǎo)致電流超前于電壓， 這種情況稱為過補(bǔ)償， 相量圖如圖 （ c）所示。通常不希望出現(xiàn)過補(bǔ)償們因?yàn)椋海?1）引起變壓器二次側(cè)電壓升高。（ 2）容性無功功率在輸電線路上傳輸同樣會增加電能損耗。（ 3）如果供電線路電壓升高，還會增大電容器本身的功率損耗，溫升也會減小電容的壽命。IinIcI cSRUII rlUI cUinII rlCLIrl（a）（ b）（ c）無功補(bǔ)償?shù)木唧w措施無功補(bǔ)償有很多

6、種方法，按補(bǔ)償裝置的應(yīng)用及補(bǔ)償狀態(tài)可以分為機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償、靜止類無功補(bǔ)償、復(fù)合類無功補(bǔ)償。機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償?shù)木唧w措施包括同步調(diào)相機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和同步電動機(jī)。同步調(diào)相機(jī)可以看成是一種不帶任何負(fù)載的同步電動機(jī)，其補(bǔ)償特點(diǎn)是既能過勵(lì)磁運(yùn)行，發(fā)出感性無功功率使電壓升高，也能欠勵(lì)磁運(yùn)行吸收感性無功功率使電壓降低。早期對功率因數(shù)補(bǔ)償要求較高的場合，通常采用這種方式，有時(shí)，這種電機(jī)也稱之為同步補(bǔ)償機(jī)；同步發(fā)電機(jī)是最早使用的無功補(bǔ)償設(shè)備之一，在現(xiàn)代大電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境下，同步發(fā)電機(jī)已不能稱為專門的無功補(bǔ)償設(shè)備了，它只是在保證自身正常運(yùn)行的前提下為系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)臒o功功率，其原理也是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來實(shí)

7、現(xiàn)； 在很多時(shí)候， 同步電動機(jī)是用來改善配電系統(tǒng)的功率因數(shù)的，根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)、平滑調(diào)節(jié)，也可向電網(wǎng)提供無功功率，使低轉(zhuǎn)速負(fù)載能在穩(wěn)定條件下運(yùn)行，并具有較高的效率，增強(qiáng)過載能力。但這種補(bǔ)償方式的設(shè)備一次性投資較高，使用維護(hù)比較麻煩。靜止類無功補(bǔ)償器是指補(bǔ)償設(shè)備在運(yùn)行時(shí)是固定不動的，具體措施包括固定電容和靜止無功補(bǔ)償器。 固定電容的工作原理是通過增加容性無功來補(bǔ)償負(fù)載側(cè)的感性無功需求，以提升負(fù)載電壓的穩(wěn)定。 這種早期補(bǔ)償方式的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 然而由于并聯(lián)電容器的投切是通過接觸器來實(shí)現(xiàn)的，其電容的投切時(shí)刻很難準(zhǔn)確定位，因而它的致命缺點(diǎn)是：合閘涌流大；靜止無功補(bǔ)償器一般采用晶閘管作為開關(guān)器件，具有體積小、重量輕、控制靈活等特點(diǎn)。在某種場合下， 通常將 機(jī)械旋轉(zhuǎn)類無功補(bǔ)償和靜止類無功補(bǔ)償結(jié)合起來，以突出各自優(yōu)勢，這種無功補(bǔ)償裝置稱為復(fù)合類無功補(bǔ)償。在無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展歷史中，電力電子開關(guān)對無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的推動作用，它的應(yīng)用是無功補(bǔ)償發(fā)展中的一個(gè)重要里程碑。電力電子開關(guān)不僅能保證快速、準(zhǔn)確地實(shí)施補(bǔ)償，還能夠?qū)⑾冗M(jìn)的智能控制技