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[摘 要]介绍电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减少网损，提高系统稳定水平的有效手段。对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。
[关键词]无功优化、无功补偿，静止无功补偿技术。
中图分类号：B841.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0268-01
随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内，频率的控制与有功功率的控制密切相关，电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。
1、无功优化和补偿的原则
在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定：
1）根据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制；
2）根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。
3）无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。
4）网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。
2、无功优化和补偿的类型
电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中（500kV及以上），由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。
2.1 减少输电线路及变压器的损耗
Pn=3I2·R
=3I2p·R+3I2q·R
式中 Pn--有功功率损失
R--每项输电线路的电阻（含输电线路及变压器）
输电线路电阻R=KL/A
式中 K--电阻系数
A--导线截面积
L--导线长度，m
变压器电阻R=YkU2/Sn
式中 Yk--变压器短路阻抗，Ω
U--系统电压，V
Sn--变压器额定容量，kVA
2.2 增加变压器及输电线路的利用率
所增加的利用率为：
（P2-P1）/P1=[（cos1-cos2）-1]×100%
式中 cosφ1--改善前的功率因数
cosφ2--改善后的功率因数
2.3 提高系统的端电压减少系统的电压降
du（%）=Qc/Sn×Xk（%）
式中 du（%）--电压提高百分比
Qc--补偿电容器的容量，kvar
Sn--变压器容量，kVA
Xk（%）--变压器阻抗百分比
理論上而言，无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式：①变电所集中补偿；②配电线路分散补偿；③负荷侧集中补偿；④用户负荷的就地补偿。
对于低压配网无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统（如变压器的低压侧）利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
3、补偿容量的确定
考虑到动力类负荷，估计配变的功率因数在0.75左右，设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。
假设配变容量为S，补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1，补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2，Qb为需补偿的容量。
由此可得出应补偿的容量为：
Qb=Q1-Q2
=S×sinφ1-S×sinφ2
=S×（0.661-0.436）
=0225S
补偿百分比为：η%=Qb/S×100%=22.5%
根据电网的运行经验可以得出，补偿容量一般为变压器额定容量的20%～30%。
4、补偿方式的选择
4.1 静止无功补偿
并联电容补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位，于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸投切电容器（TSC）。
4.2 晶闸管投切电容器（TSC）投切方式采用单片机控制大功率晶闸管来投切电容，由于具有过零检测、过零触发的优点，响应速度快，合闸涌流小，无操作过电压，无电弧重燃，从而基本上解决了以往投切时交流接触器经常拉弧至于烧结而损坏的不良情况。
4.3 投切控制方式的选择为了尽可能地减小装置的体积，简化结构，提高装置的可靠性，即将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。
三相共补适用于三相负载较平衡的场合，三相分补对于三相负载不平衡的场合则能做到真正三相无功平衡。把三相共补和三相分补相结合，便实现补偿综合方案一混补，可以用于任何负载。先在三角形接法的电容器组中选择三相共同需要的补偿容量，进行共补，然后在星形接法的电容器组合中选择单相电容器补偿剩余不平衡状况，既避免了过补或欠补现象的出现，又节省了补偿电容的容量，降低了成本，具有很好的经济性。
因此经济功率因数指节电效果最佳、电能质量好、支出电费最少的是最佳功率因数。为充分利用发电设备降低电压损失和电能损失耗，减少无功负荷，节约用电，必须调整电网及电力用户的功率因数，并使它们尽可能地在经济功率因数下运行，这是电网电力系统，工厂企业和农村用户的一项重要任务，也是具有重大经济意义的节电措施。
参考文献
[1] 靳龙章、丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，1997.
[2] 陈珩.电力系统稳态分析[M].北京：水利电力出版社，1995.
[3] 徐先勇、王正风. 电力系统无功功率负荷的最佳补偿容量[J]. 华东电力，1999，27（6）：26-28.
作者简介
郝永海（1975.5.29），男，江苏省沛县人，黑龙江省龙煤鹤岗分公司，工程师，黑龙江科技学院电气工程及其自动化专业。
[关键词]无功优化、无功补偿，静止无功补偿技术。
中图分类号：B841.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0268-01
随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内，频率的控制与有功功率的控制密切相关，电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。
1、无功优化和补偿的原则
在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定：
1）根据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制；
2）根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。
3）无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。
4）网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。
2、无功优化和补偿的类型
电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中（500kV及以上），由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1.2Mvar/km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。
2.1 减少输电线路及变压器的损耗
Pn=3I2·R
=3I2p·R+3I2q·R
式中 Pn--有功功率损失
R--每项输电线路的电阻（含输电线路及变压器）
输电线路电阻R=KL/A
式中 K--电阻系数
A--导线截面积
L--导线长度，m
变压器电阻R=YkU2/Sn
式中 Yk--变压器短路阻抗，Ω
U--系统电压，V
Sn--变压器额定容量，kVA
2.2 增加变压器及输电线路的利用率
所增加的利用率为：
（P2-P1）/P1=[（cos1-cos2）-1]×100%
式中 cosφ1--改善前的功率因数
cosφ2--改善后的功率因数
2.3 提高系统的端电压减少系统的电压降
du（%）=Qc/Sn×Xk（%）
式中 du（%）--电压提高百分比
Qc--补偿电容器的容量，kvar
Sn--变压器容量，kVA
Xk（%）--变压器阻抗百分比
理論上而言，无功补偿最好的方式是在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言有如下几种补偿方式：①变电所集中补偿；②配电线路分散补偿；③负荷侧集中补偿；④用户负荷的就地补偿。
对于低压配网无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统（如变压器的低压侧）利用自动功率因数调整装置，随着负荷的变化，自动地投入或切除电容器的部分或全部容量。
3、补偿容量的确定
考虑到动力类负荷，估计配变的功率因数在0.75左右，设计在满负荷状态下功率因数提高到0.90。
假设配变容量为S，补偿前有功功率、无功功率和功率因数角分别为P1、Q1、和φ1，补偿后有功功率、无功功率和功率因数角分别为P2、Q2和φ2，Qb为需补偿的容量。
由此可得出应补偿的容量为：
Qb=Q1-Q2
=S×sinφ1-S×sinφ2
=S×（0.661-0.436）
=0225S
补偿百分比为：η%=Qb/S×100%=22.5%
根据电网的运行经验可以得出，补偿容量一般为变压器额定容量的20%～30%。
4、补偿方式的选择
4.1 静止无功补偿
并联电容补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位，于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸投切电容器（TSC）。
4.2 晶闸管投切电容器（TSC）投切方式采用单片机控制大功率晶闸管来投切电容，由于具有过零检测、过零触发的优点，响应速度快，合闸涌流小，无操作过电压，无电弧重燃，从而基本上解决了以往投切时交流接触器经常拉弧至于烧结而损坏的不良情况。
4.3 投切控制方式的选择为了尽可能地减小装置的体积，简化结构，提高装置的可靠性，即将电容器按一定容量比进行分组，通过控制器的软件对这些电容器组进行排列组合投切。
三相共补适用于三相负载较平衡的场合，三相分补对于三相负载不平衡的场合则能做到真正三相无功平衡。把三相共补和三相分补相结合，便实现补偿综合方案一混补，可以用于任何负载。先在三角形接法的电容器组中选择三相共同需要的补偿容量，进行共补，然后在星形接法的电容器组合中选择单相电容器补偿剩余不平衡状况，既避免了过补或欠补现象的出现，又节省了补偿电容的容量，降低了成本，具有很好的经济性。
因此经济功率因数指节电效果最佳、电能质量好、支出电费最少的是最佳功率因数。为充分利用发电设备降低电压损失和电能损失耗，减少无功负荷，节约用电，必须调整电网及电力用户的功率因数，并使它们尽可能地在经济功率因数下运行，这是电网电力系统，工厂企业和农村用户的一项重要任务，也是具有重大经济意义的节电措施。
参考文献
[1] 靳龙章、丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，1997.
[2] 陈珩.电力系统稳态分析[M].北京：水利电力出版社，1995.
[3] 徐先勇、王正风. 电力系统无功功率负荷的最佳补偿容量[J]. 华东电力，1999，27（6）：26-28.
作者简介
郝永海（1975.5.29），男，江苏省沛县人，黑龙江省龙煤鹤岗分公司，工程师，黑龙江科技学院电气工程及其自动化专业。