电力系统中无功控制方法比较研究

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  摘 要:电力系统中存在先天性的大量无功负荷,这些无功负荷来源于电力线路与用户用电设备及其他电力设施、设备。这些设备在运转过程中,需要系统提供无功功率,来建立、维持用电设备正常运行的电力磁场。如果系统所传输的无功功率较高,会降低系统整体功率因数,增加电路电压负荷,影响电力企业效益。
  关键词:电力企业 无功控制 电力设备
  电力系统由发电系统、输电系统、配电系统和供电系统组成,是一个多能量交换系统。近年来,随着我国高压电远距离输电工程的发展,电力系统中无功功率也随之增加,影响了电力企业正常收支情况,加剧了电力企业财政负担。利用无功控制技术改善电网运行特征、降低电网电力运输中的无功功率已得到我国各界专家学者的认可。
  一、研究无功控制的意义
  研究无功控制方法具有重要的时间意义与理论意义,主要体现在以下几个方面:
  (1)无功功率与系统管理中的电压问题。电压水平是判断电力系统工作性能的重要指标,也是显示电能质量的重要方式。在电力管理中,电压水平受无功功率的影响,无功功率越高,电压水平越低。通过研究无功控制方法,能有效降低无功功率,提高电压水平。
  (2)无功功率与电力系统中静态电压问题。东京1987年大停电和美国加州2003年大停电至今让人记忆犹新。造成这两起大停电原因就是电力系统中无功率不足,引发电力系统的崩溃。由此可见,无功功率影响电力系统静态电压的稳定,两者相关性的研究已经是大多数电力学者研究的方向。
  (3)无功功率与电力系统动态电压稳定性问题。无功功率影响着电力系统中动态电压的稳定性,例如,发电机励磁系统中的无功动态特性与负荷动态电压特性都时刻影响着电力系统中动态电压的稳定性。
  二、无功控制方法比较研究
  1、传统无功控制方法的比较
  目前电力系统中无功控制主要分为三种形式:局部式电压无功控制、集中式电压无功控制和分布式电压无功控制。
  局部式电压无功控制是指在局部地区开展电压无功控制。其优点是反应速度快、针对性强、方便操作等。劣势是局部特征明显,不能统筹整个地区的电网工程,会导致调压装置与电容器反复重复输电动作,影响电力设备使用寿命。
  集中式电压无功控制是将全部变电站的信息统一存放在自动化管理系统中,通过统一采集各个变电站数据,进行全网电压无功计算。集中式电压无功控制的优点在于“集中”,与局部式電压无功控制相比,它能统一考虑多个变压站中无功调节对电压等级的影响,进而减少设备的运转次数,延长设备使用年限,并选择最佳运转方式降低电网损伤。集中式电压无功控制的缺点同样十分明显:过于依赖自动化系统和信息技术。集中式电压无功控制依靠自动化系统实现数据模块模拟量、闭锁量的信息交流处理,在工作中经常出现反应慢、更新效率低等情况。集中式电压无功控制严重依赖信息技术,一旦某台控制计算机出现问题,直接影响整个对电网电压的控制,影响电网运行。
  分布式电压无功控制集合了上述两种管理方式中的优点,实现了集中化管理、分散型处理。整个分布式电压无功控制技术依靠VQC的优化改进实现对电网的管理,利用传统VQC的分布控制,并集合区域网中电压无功计算数据进行优化计算分析,计算出最优化实施电压无功优化管理措施。分布式电压无功控制的优势十分明显:第一,分布式电压无功控制以VQC为基础点,逐步实现优化控制目标变电站的变压器设备和电容器的目标,有效的保证了电网合格率,降低了配网线损情况。第二,一旦某处电压系统出现故障,各个VQC接电可以快速接收总控制站的信号,统一进行闭锁调压,降低了系统故障对电网造成的损失。
  上述三种方法有各自的优点和劣势,工作者在工作重要根据实际情况进行操作。新变电站可以采用集中式管理方式,有效利用新变电站的设备优势,实施有效的管理。使用年限较长的变电站可以采用局部管理方式,使各个变电站变成相对独立的部分,降低这部分变电站信息传输设备老化的影响。对于已有VQC、并通讯功能稳定的变电站,可以采用分布式管理,充分利用变电站设备资源,提升电网无功优化程度。
  2、无功补偿办法
  无功补偿办法主要包括变电站集中补偿、变压器低母线补偿、与线路补偿。变电站集中补偿针对输电网络工程的无功平衡项目,目的在于传统输电网功率因素、提升变电所电压并补偿主控变压器中的无功损耗。变压器低压母线补偿是提升专用变压器功率因素的重点,能有效降低电网线路运行中的损耗,也能提高用户电压质量,维护电压水平的稳定。线路分布补偿能补偿公共变压器的无功缺额,提升电网功率因数,降低电网无功损耗。
  低压用户分散补偿是无功补偿的主要形式。目前我国变压器无功消耗电量占总量的30%,因此,直接对用户接收端进行无功补偿的实际更为明显。通常情况下,带有异步电动机等动力的电力设备是低压设备中消耗无功最多的部分,要把补偿异步电动机所消耗的无功功率作为低压用户分散补偿的重点。
  低压用户分散补偿主要有以下几方面优点:第一,减少线损率的效果明显;第二,最大程度释放系统中的电能,提升电力线路整体输电能力;第三,有效降低用户用电损失,改善居民用户用电质量;第四,安装管理方便,降低维修成本。其弊端主要是:一旦没有正确的选择电容量,电动机会产生大量电压,影响电动机工作,使电容器受到损坏。
  结束语:
  无功控制技术是降低电力系统中无用功率的重要措施。随着西电东送工程的进一步开展,未来电网建设势必以“远距离”为主,降低高压电远距离传输无功功率就更有实际意义。要以加强无功补偿方法为主,通过无功补偿逐步降低电网运行中无功功率,以提高电网输电能力,增加电力企业效益。
  参考文献:
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