论文部分内容阅读
在电力系统中，由于电感、电容这些无功元件的存在，不仅系统中存在着有功功率，而且存在着无功功率。虽然无功功率本身不消耗能量，它的能量只是在电源及负载之间进行交换，但是在这种能量交换的过程中会引起能量的损耗，并使电源的视在功率增大，这将对系统产生以下一系列的负面影响。
（1）电网总电流增加，从而会使电力系统中的元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，使用户内部的启动控制设备、量测仪表等规格、尺寸增大，使设备及线路的损耗增加，是线路及变压器的电压损失增大。
（2）电网的无功容量不足，会造成附和端的供电电压低，影响正常生活和生产用电；反之，无功容量过剩，会造成电网的运行电压过高，电动波动率大。
（3）电网的功率因数低会造成大量电能损耗，当功率因数由0.8下降到0.6时，电能损耗将近提高一倍。
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。为了保证转子绕组正常工作，发电机就不允许达到预定的出力。此外，原动机的效率是按照有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率增加，会导致原动机效率的相对降低。
通过无功补偿可以有效的提高功率因数，降低能量损耗；改善用户电压质量，降低生产成本。
电网中的大部分电器设备，比如电动机、变压器和照明设备等属于有电感又有电阻的感性负载。感性负载电压和电流的相量间有一个相位差Φ，其相位差的余弦cosΦ就是功率因数，其关系如图1所示。
图1
图1中：P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率。
根据功率关系图，有S2=P2+Q2，cosΦ=P/S。cosΦ是反应用户电器设备合理使用的状况、电能利用程度及用电管理水平的标志。
由于感性负载在运行时需要吸收无功功率，通常对感性负载并联电容器，这样感性负载吸收的无功功率就可由容性装置（电容器）提供，以减少电源向感性负载提供无功功率，这种由并联电容器提供的无功功率叫做无功补偿。
目前，我过20多个省市缺电的一个主要原因是，能源和电负荷分布不均。同时，我国大型的负荷中心存在如下主要问题：①负荷中心有功热备用的减少使得动态无功补偿支撑日益不足；②原有的调相机由于维护不便及扰民等原因逐渐退出运行；③负荷中心的空调等设备突增负荷所占比例越来越大，常规电容补偿装置不能适应负荷突增的需要；④系统一旦受到干扰很容易出现动态无功不足，从而引发电压稳定问题。
另外，我国电网要得到发展所面临的主要问题有：①大容量、远距离输电要求大幅度提高电网的输电能力（例如采取并补或串补技术、增加输电走廊）；②增强电网的安全可靠性，提高电能质量；③降低网损，提高经济性。如图2所示。
图2 我国电网面临的主要技术问题的重要程度图示
我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量的不足和配备的不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速影响的无功调节设备更少。近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波被污染呈不断上升趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的变化很大，导致电网（特别是配电网系统）的线损增加、电压合格率降低。此外，随着电网的发展，系统稳定性的问题也愈加重要。电网的电压稳定性与无功功率调节器的性能有关。无功补偿技术是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施，是促进电网安全稳定和战略防御的客观要求；利用它可以提高受端系统的电压稳定性；为枢纽变电站提供动态无功支撑，从而提高电压稳定性；提高配电网电能质量的综合指标，改善系统的动态和静态品质。
随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统规模日益扩大，对电网运行的可靠性要求越来越高。因此，改善电网运行质量，提高电网功率因素、减少网络损耗是一件十分重要的工作。在电力负荷中，有相当一部分属感性负荷，这些负荷投入运行之除了消耗大量的有功之外还要吸收大量的无功。根据有关资料分析，电力系统的无功负荷约为有功负荷的1.3倍。大量的无功如果完全由发电厂来提供，就会使用户功率因素降低，其结果造成线路有功损失加大，用户电压降低，电力设备得下到充分应用。当整个系统无功严重缺乏时，还会使整个电力系统崩溃。我们知道，无功功率增加将使视在功率增加，从而使流过供电系统的电流增加，这将对系统产生如下影响：
（1）会使电力系统中的元件容量增大，因而使投资费用增大；
（2）传输同样有功功率情况下，总电流的增大，使设备及线路的损耗增加；
（3）线路及变压器的电压损失增大；
（4）电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。
此外，无功功率的增加，会导致原动机效率的相对降低。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方安装无功补偿设备。
电力系统无功功率补偿包括以单纯改善负荷性能为目的的负荷补偿和以整个输电系统性能的改善和传输能力的提高为目标的输电补偿。
在理想的交流电力系统中，每一电源点的电压和频率都应该是恒量、无谐波且功率k数为1。特别是这些参数应与用户的负荷大小和特性无关。在一个理想系统中，每一负荷取用的电流会发生变化，但不同的负荷之间不应有任何干扰。
负荷补偿就是对无功功率进行调度以改善交流电力系统的供电质量。负荷补偿这一术语使用在那些为某一负荷或某组负荷而实行无功功率调度的场合，在这种场合，补偿设备往往安装在靠近负荷的用户建筑物中，所使用的技术乃至于补偿的若干目的与大电力系统的补偿（输电补偿）是有差别的。
负荷补偿的目的有以下三个：
（1）功率因数校正；
（2）改善电压调节；
（3）负荷平衡。
在电力系统中，即便电源电压可以保持为常量（与负荷无关，保持常量），校正功率因数和平衡负荷也是必要的。
所谓功率因数校正，通常是指应尽可能在靠近需要无功功率的负荷处产生无功功率，从而避免无功功率在输电及配电线路上的远距离传输。无功电流的存在，使得负荷电流大于单纯供给有功功率时的值。在能量的转换过程中，只有有功功率才是真正有用的。多余的负荷电流，对用户来说只是一种浪费。因为用户不仅要为多余的输配电容量付钱，而且要为能量传输过程中引起的多余网损和线损负责。
对于电力部门同样不希望从发电机向负荷输送无功功率。因为一方面使得发电机和配电网络的容量不能充分得到利用；另一方面无功功率的传输也会使电网电压的控制也会变得更为困难。
在负荷对于无功功率的需求不断变化的情形下，电压调整就变成一件重要的事情。所有负荷的无功功率都是变化的，负荷对于无功需求的变化，会引起电源点电压的变化（或称调整）。而补偿设备对于电源电压维持在预先规定的限度之内起着非常重要的作用。
大多数交流电力系统是三相的，并且是设计在平衡条件下运行的。不平衡运行会引起负序和零序电流分量（不正常相序电流分量）。这些分量可能引起：电动机和发电机中的附加损耗，在交流电机中产生振动力矩，增加整流器中的纹波，使变压器饱和，产生过大的中线电流及若干设备的不正常工作。
参考文献
[1] 柳春芳，陈剑光，柳山.低压无功补偿的应用与效益分析.电工技术杂志，2002（5）
[2] 刘桂兰，尚德彬.GJD型低压无功动态补偿装置的应用.电工技术杂志，2002（5）
收稿日期：2013-05-17
（1）电网总电流增加，从而会使电力系统中的元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，使用户内部的启动控制设备、量测仪表等规格、尺寸增大，使设备及线路的损耗增加，是线路及变压器的电压损失增大。
（2）电网的无功容量不足，会造成附和端的供电电压低，影响正常生活和生产用电；反之，无功容量过剩，会造成电网的运行电压过高，电动波动率大。
（3）电网的功率因数低会造成大量电能损耗，当功率因数由0.8下降到0.6时，电能损耗将近提高一倍。
（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。为了保证转子绕组正常工作，发电机就不允许达到预定的出力。此外，原动机的效率是按照有功功率衡量的，当发电机发出的视在功率一定时，无功功率增加，会导致原动机效率的相对降低。
通过无功补偿可以有效的提高功率因数，降低能量损耗；改善用户电压质量，降低生产成本。
电网中的大部分电器设备，比如电动机、变压器和照明设备等属于有电感又有电阻的感性负载。感性负载电压和电流的相量间有一个相位差Φ，其相位差的余弦cosΦ就是功率因数，其关系如图1所示。
图1
图1中：P为有功功率；Q为无功功率；S为视在功率。
根据功率关系图，有S2=P2+Q2，cosΦ=P/S。cosΦ是反应用户电器设备合理使用的状况、电能利用程度及用电管理水平的标志。
由于感性负载在运行时需要吸收无功功率，通常对感性负载并联电容器，这样感性负载吸收的无功功率就可由容性装置（电容器）提供，以减少电源向感性负载提供无功功率，这种由并联电容器提供的无功功率叫做无功补偿。
目前，我过20多个省市缺电的一个主要原因是，能源和电负荷分布不均。同时，我国大型的负荷中心存在如下主要问题：①负荷中心有功热备用的减少使得动态无功补偿支撑日益不足；②原有的调相机由于维护不便及扰民等原因逐渐退出运行；③负荷中心的空调等设备突增负荷所占比例越来越大，常规电容补偿装置不能适应负荷突增的需要；④系统一旦受到干扰很容易出现动态无功不足，从而引发电压稳定问题。
另外，我国电网要得到发展所面临的主要问题有：①大容量、远距离输电要求大幅度提高电网的输电能力（例如采取并补或串补技术、增加输电走廊）；②增强电网的安全可靠性，提高电能质量；③降低网损，提高经济性。如图2所示。
图2 我国电网面临的主要技术问题的重要程度图示
我国电网的建设和运行中长期存在的一个问题是无功补偿容量的不足和配备的不合理，特别是可调节的无功容量不足，快速影响的无功调节设备更少。近年来，随着大功率非线性负荷的不断增加，电网的无功冲击和谐波被污染呈不断上升趋势，无功调节手段的缺乏使得母线电压随运行方式的变化很大，导致电网（特别是配电网系统）的线损增加、电压合格率降低。此外，随着电网的发展，系统稳定性的问题也愈加重要。电网的电压稳定性与无功功率调节器的性能有关。无功补偿技术是一种提高电压稳定性的经济、有效的措施，是促进电网安全稳定和战略防御的客观要求；利用它可以提高受端系统的电压稳定性；为枢纽变电站提供动态无功支撑，从而提高电压稳定性；提高配电网电能质量的综合指标，改善系统的动态和静态品质。
随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统规模日益扩大，对电网运行的可靠性要求越来越高。因此，改善电网运行质量，提高电网功率因素、减少网络损耗是一件十分重要的工作。在电力负荷中，有相当一部分属感性负荷，这些负荷投入运行之除了消耗大量的有功之外还要吸收大量的无功。根据有关资料分析，电力系统的无功负荷约为有功负荷的1.3倍。大量的无功如果完全由发电厂来提供，就会使用户功率因素降低，其结果造成线路有功损失加大，用户电压降低，电力设备得下到充分应用。当整个系统无功严重缺乏时，还会使整个电力系统崩溃。我们知道，无功功率增加将使视在功率增加，从而使流过供电系统的电流增加，这将对系统产生如下影响：
（1）会使电力系统中的元件容量增大，因而使投资费用增大；
（2）传输同样有功功率情况下，总电流的增大，使设备及线路的损耗增加；
（3）线路及变压器的电压损失增大；
（4）电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。
此外，无功功率的增加，会导致原动机效率的相对降低。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方安装无功补偿设备。
电力系统无功功率补偿包括以单纯改善负荷性能为目的的负荷补偿和以整个输电系统性能的改善和传输能力的提高为目标的输电补偿。
在理想的交流电力系统中，每一电源点的电压和频率都应该是恒量、无谐波且功率k数为1。特别是这些参数应与用户的负荷大小和特性无关。在一个理想系统中，每一负荷取用的电流会发生变化，但不同的负荷之间不应有任何干扰。
负荷补偿就是对无功功率进行调度以改善交流电力系统的供电质量。负荷补偿这一术语使用在那些为某一负荷或某组负荷而实行无功功率调度的场合，在这种场合，补偿设备往往安装在靠近负荷的用户建筑物中，所使用的技术乃至于补偿的若干目的与大电力系统的补偿（输电补偿）是有差别的。
负荷补偿的目的有以下三个：
（1）功率因数校正；
（2）改善电压调节；
（3）负荷平衡。
在电力系统中，即便电源电压可以保持为常量（与负荷无关，保持常量），校正功率因数和平衡负荷也是必要的。
所谓功率因数校正，通常是指应尽可能在靠近需要无功功率的负荷处产生无功功率，从而避免无功功率在输电及配电线路上的远距离传输。无功电流的存在，使得负荷电流大于单纯供给有功功率时的值。在能量的转换过程中，只有有功功率才是真正有用的。多余的负荷电流，对用户来说只是一种浪费。因为用户不仅要为多余的输配电容量付钱，而且要为能量传输过程中引起的多余网损和线损负责。
对于电力部门同样不希望从发电机向负荷输送无功功率。因为一方面使得发电机和配电网络的容量不能充分得到利用；另一方面无功功率的传输也会使电网电压的控制也会变得更为困难。
在负荷对于无功功率的需求不断变化的情形下，电压调整就变成一件重要的事情。所有负荷的无功功率都是变化的，负荷对于无功需求的变化，会引起电源点电压的变化（或称调整）。而补偿设备对于电源电压维持在预先规定的限度之内起着非常重要的作用。
大多数交流电力系统是三相的，并且是设计在平衡条件下运行的。不平衡运行会引起负序和零序电流分量（不正常相序电流分量）。这些分量可能引起：电动机和发电机中的附加损耗，在交流电机中产生振动力矩，增加整流器中的纹波，使变压器饱和，产生过大的中线电流及若干设备的不正常工作。
参考文献
[1] 柳春芳，陈剑光，柳山.低压无功补偿的应用与效益分析.电工技术杂志，2002（5）
[2] 刘桂兰，尚德彬.GJD型低压无功动态补偿装置的应用.电工技术杂志，2002（5）
收稿日期：2013-05-17