電力係統的無功功率電源

1、電壓與無功功率的重要作用

電力係統的經濟、**、穩定運行，與控製電壓技術及調節無功功率分不開的。電壓是電能質量的重要標誌。供給用戶的電壓與額定電壓值的偏移不超過規定的數值，是電力係統運行調整的基本任務之一。各種用電設備是按照額定電壓來設計製造的，隻有在額定電壓下運行才能取得*佳的工作效率。電壓質量對電力係統本身有影響。當電壓過高時：會對負荷的運行帶來**影響；影響產品的質量和產量，損壞設備；各種電氣設備絕緣會損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗；甚至會引起電力係統電壓崩潰，造成大麵積停電。電壓降低時：會使電網中的有功功率損耗和能量損耗增加，過低還會危及電力係統運行的穩定性。無論是作為負荷用電設備還是電力係統本身，都要求能在一定的額定電壓水平下工作。從技術和經濟上綜合考慮，規定各類用戶的允許電壓偏移是完全必要的。我國規定在正常運行情況下各類用戶允許電壓偏移為：

35KV及以上電壓供電的負荷±5％

10KV及以下電壓供電的負荷±7％

低壓照明負荷＋5％－10％

農村電網（正常）＋7.5％－10％

（事故）＋10％－15％

電力係統中無功功率平衡是保證電力係統電壓質量的基本前提。對於運行中的所有設備，要求係統無功功率電源所發出的無功功率（∑QG）與無功功率負荷（∑QD）及無功功率損耗（∑QL）相平衡，即

∑QG＝∑QD＋∑QL

而無功功率電源在電力係統中的合理分布是充分利用無功電源、改善電壓質量和減少網絡有功損耗的重要條件。無功功率的產生基本上是不消耗能源的，但無功功率沿輸電線路上傳送卻要引起無功功率的損耗和電壓的損耗。無功功率電源的*優控製目的在於控製各無功電源之間的分配，合理的配置無功功率補償設備和容量以改變電力網絡中的無功功率分布，可以減少網絡中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善負荷用戶的電壓質量。

2、電力係統的無功功率電源有：

2.1、同步發電機

同步發電機目前是電力係統**的有功功率電源，它又是基本的無功功率電源。它隻有在額定電壓、額定電流、額定功率因數下運行時，視在功率才能到達額定值，發電機容量才能得到*充分的利用。當電力係統中有一定備用有功電源時，可以將離負荷中心近的發電機低於額定功率因數運行，適當降低有功功率輸出而多發一些無功功率，這樣有利於提高電力係統電壓水平。

2、同步調相機及同步電動機

同步調相機是特殊運行狀態下的同步電動機，可視為不帶有功負荷的同步發電機或是不帶機械負荷的同步電動機。因此充分利用用戶所擁有的同步電動機的作用，使其過激運行，對提高電力係統的電壓水平也是有利的。

2.3、靜電電容器

靜電電容器從電力係統吸收容性的無功功率，也就是說可以向電力係統提供感性的無功功率，因此可視為無功功率電源。電容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，並且可以分相補償，隨時投入、切除部分或全部電容器組，運行靈活。電容器的有功損耗小（約占額定容量的0.3％～0.5％），投資也節省。

2.4、靜止無功功率補償器

靜止無功功率補償器是一種發展很快的無功功率補償裝置。它可以根據負荷的變化，自動調整所吸收的電流，使端電壓維持不變，並能快速、平滑的調節無功功率的大小和方向，以滿足動態無功功率補償要求，尤其對衝擊性適應性較好。與同步調相機相比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能夠做到分相補償以適應不平衡的負荷變化。其缺點是*大無功補償量正比於端電壓的平方，在電壓很低時，無功補償量將大大降低。

3、電力係統電壓控製的方式

在電力係統無功功率平衡中，為了保證係統有較高的電壓水平，必須要有充足的無功功率電源。但是要使所有用戶處的電壓質量都符合要求，還必須采用各種調壓控製手段。

3.1、發電機控製調壓

控製發電機的勵磁電流，可以改變發電機的端電壓。發電機允許在端電壓偏移額定值不超過±5％的範圍內運行。對於由發電機直接供電的小係統，供電線路不長，輸電線路上的電壓損耗不大時，可以采用發電機直接控製電壓方式，以滿足負荷電壓要求。它不需要增加額外的設備，因此是*經濟合理的控製電壓措施，應優先考慮。但是輸電線路較長、多電壓等級的網絡並且有地方負荷的情況下，僅僅依靠發電機控製調壓已不能滿足負荷電壓質量的要求，且在大型電力係統中僅僅作為一種輔助性的控製措施。

3.2、控製變壓器變比調壓

一般電力變壓器都有可以控製調整的分接抽頭，調整分接抽頭的位置可以控製變壓器的變比。在高壓電網中，各個節點的電壓與無功功率的分布有著密切的關係，通過控製變壓器變化來改變負荷節點電壓，實質上是改變了無功功率的分布。變壓器本身並不是無功功率電源，因此，從整個電力係統來看，控製變壓器變比調壓是以全電力係統無功功率電源充足為基本條件的，當電力係統無功功率電源不足時，僅僅依靠改變變壓器變比是不能到達控製電壓效果的。

3.3、利用無功功率補償設備調壓

並聯補償設備有調相機、靜止補償器、電容器，它們的作用都是在重負荷時發出感性無功功率，補償負荷的需要，減少由於輸送這些感性無功功率而在輸電線路上產生的電壓降落，提高負荷端的輸出電壓

3.4、利用串聯電容器控製調壓

一般用於供電電壓為35KV或10KV、負荷波動大而頻繁、功率因數又很低的輸配電線路。它是在輸電線路上串聯接入電容器，利用電容器上容抗補償輸電線路中的感抗，使電壓損耗後的分量減少，從而提高輸電線路末端的電壓。如圖：

無功功率負荷增大時所抬高的末端電壓將增大，無功功率負荷減小時所抬高的末端電壓將減小。而無功功率負荷增大將導致末端電壓下降，此時也正是需要升高末端電壓。但是對於負荷功率因數高或者輸電線路導線截麵小的線路，線路電抗對電壓損耗影響較小，故串聯電容補償控製調壓效果小。因此利用串聯電容補償調壓一般用於供電電壓為35KV或10KV，負荷波動大而頻繁，功率因數又很低的輸配電線路。

4、結束語

適當利用好調壓控製手段，不僅能對維持電力係統及負荷地區的電壓水平有利，達到相應的無功功率平衡外，還能避免無功功率在電網中的大量傳輸，減少損耗。