电力系统中电压与无功功率控制

电力系统中电压与无功功率控制
摘要：电压是衡量电能质量的一个重要指标。

保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

但是在电力系统的正常运行中，用电负荷和系统运行方式是经常变化的，由此引起电压发生变化，不可避免地出现电压偏移。

而电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡，系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则就会偏离额定值。

关键词：电力系统无功功率控制电压
1、前言
{随着清洁生产工作的逐渐开展，本着“节能，降耗”的主题。

关于燃机电厂10KV线路无功功率补偿的设想及理论依据。

}电力系统中实际电压偏高或者偏低，对运行中的用电设备都会造成不良影响。

要保证用户在任何时刻都能在额定电压下工作是不现实的。

系统如何有效可靠的平稳运行，体现于无功功率控制的重要。

2、无功功率的产生与作用
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种:一种是有功功率，一种是无功功率。

无功功率用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。

它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。

无功是相对于有功而言的，比较抽象，不能说无功是无用之功，凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

没有这部
分功率，就不能建立磁场，电动机，变压器等设备就不能运转。

其物理意义是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。

如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

3、无功功率控制的重要性
3.1维持电网电压水平
对于上图简单电力系统 得出其向量图
由向量图得:
ϕcos UI P =X IX U ϕcos ⋅=X E U q δsin ⋅=δsin X
UE q = ϕsin UI Q =X IX U ϕsin ⋅=X
U E U q -⋅=δcos )cos (U E X U q -=δ U QX
U E U q =-=∆δcos
上面第三式中的U ∆即为电压损耗，其大小取决于无功功率Q 以及网络参数X (分母U 可近似认为是额定电压不变)。

当无功负荷Q 增加，则电压损耗U ∆增大，电压U 下降，如此时增大发电机励磁，使q E 增大，则可抵消U ∆的增加，使U 保持不变，反之亦然。

上面第二式可近似认为1cos ≈δ，Q 与U 为近似的二次曲线关系,即电力系统无功电压静态特性。

电力系统的无功功率负荷:异步电动机。

其无功电压特性也可用二次特性表示。

如下图：
其中：
曲线1 ：负荷的电压无功特性；
曲线1’：无功负荷增大时的电压无功特性；
曲线2 ：电网的电压无功特性；
曲线2’：增大
E后的电网电压无功特性；
q
A点为平衡点。

当无功负荷增加→曲线1变为曲线'1。

如果q E不变,则新的平衡点为'A,电压下降；如增大
E则曲线2变为曲线'2则新
q
的平衡点为C点,电压保持不变。

结论:
(1)电网电压水平，靠无功功率平衡维持。

(2)无功功率平衡：系统无功出力应等于额定电压下的无功损耗与负荷无功功率之和。

(3)系统无功平衡原则：就地平衡。

(4)无功远距离传输导致：有功损耗、电压损耗。

3.2维持电网运行的经济性
通过合理的电源配臵以及运行方式等方面减少无功流动，降低电网损耗。

3.3维持电力系统的稳定性
通过快速励磁、强磁等措施维持机端电压，缩短电气距离，对静态稳定和暂态稳定都有积极的作用。

4、无功功率的补偿
4.1无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
(1) 降低发电机有功功率的输出。

(2) 降低输、变电设备的供电能力。

(3) 造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设臵一些无功补偿装臵来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

这就是电网需要装设无功补偿装臵的道理。

4.2无功补偿原理
电力系统中电动机和变压器在能量转换工程中建立交变磁场，在一个周期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。

在一个周期内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。

即当电源向外供电时，感性负荷向外释放的能量由容性负载储存起来；当感性负载需要能量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。

能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。

4.3无功补偿的三种形式：
4.3.1集中补偿
集中补偿就是把电容器组通过保险集中安装在变电所的二次侧的母线上或配电变压器低压母线上，以补偿母线及配电变压器空载无
功的补偿方式。

这种补偿方式，安装简便，运行可靠，利用率高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又无自动控制装臵时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。

4.3.2分组补偿
分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所个分路的出线上，形成抵押电网内部的多组分散补偿方式，它能与电厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散的补偿场合，这种补偿方式效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。

4.3.3个别补偿
个别补偿是将电容器组与单台电动机并联，通过控制，保护装臵与电机共同投切。

这种补偿方法的效果最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补偿，且具有投资少，配臵灵活，维修简单等优点。

4.4无功补偿应用
燃机电厂主要采用集中补偿和分散补偿的方式。

无功功率补偿装臵在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。

所以无功功率补偿装臵在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位臵。

合理的选择补偿装臵，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。

反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

4.4.1按投切方式分类:
(1) 延时投切方式
延时投切方式静态补偿方式。

这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。

当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装臵的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。

通过补偿装臵的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。

(2) 瞬时投切方式
瞬时投切方式即动态补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。

通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。

动态补偿方式作为新一代的补偿装臵有着广泛的应用前景。

现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装臵且有的生产厂已经生产出很不错的装臵。

当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

根据补偿的效果而言，电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高
系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。

电抗器可以吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。

5、结束语
无功补偿是电网补偿的关键。

做好无功补偿，不当可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可以对提高功率因数，改善电压质量，降损节能、提高供电设备的出力都有很好的作用。

燃机电厂在无功补偿方面还有改进的空间，在技术发展的推动下，资金的加大投入，优化无功补偿配臵，从而逐步实现无功功率的动态平衡。

参考文献：
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