關于無功補償問題的探討及其解決方案

隨著我國電力工業的迅猛壯大，電網逐步擴張，電力負荷增長很快，電壓等級越來越高，電網、發電廠以及單機容量也越來越大，電網覆蓋的地理面積在不斷擴大。但是，由于地理環境、燃料運輸、水資源及經濟發展規模等諸多因素的影響，致使電源(發電廠)分布不均衡，要保證系統的穩定和優良的電能質量，就必須解決遠距離輸電、電壓調節及無功補償等問題。

電壓是電能質量的重要指標之一，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質量的一個重要因素，電壓質量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質上就是無功問題。解決好無功補償問題，具有十分重要的意義摘自:工變電器。

目前，許多地方電力系統的無功補償和電壓調節依然采用傳統的調節方式，有載調壓變壓器、靜電電容器等只能手動調節和投切,不能實現實時電壓調節或無功補償。因此，實現實時無功補償以保證電力系統電壓的連續穩定性，是本文研究和探討的主要方向。

1 相關理論

1.1 無功功率平衡

欲維持電力系統電壓的穩定性，應使電力系統中的無功功率保持平衡，即系統中的無功電源可發出的無功功率應大于或等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。系統中無功功率的平衡關系式如下：

Qgc-Qld-Ql =Qr

式中 Qgc——電源發出的無功功率之和;

Qld ——無功負荷之和;

Ql——網絡中的無功損耗之和;

Qr——系統可提供的備用無功功率。

Qr > 0，表示系統中無功功率可以平衡而且有適當的備用;Qr

Qgc包括全部發電機發出的無功功率Qg和各種無功補償裝置提供的無功功率Qc，即

Qgc=Qg+Qc

1.1.1 補償容量不足時的無功功率平衡

進行系統無功功率平衡的前提是保持系統的電壓水平正常，否則，系統的電壓質量就得不到保證。在圖1所示的系統無功功率負荷的靜態電壓特性曲線中，在正常情況下，系統無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決定的電壓為Un，設此電壓對應于系統正常的電壓水平。但假如系統無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc

1.1.2 系統無功功率電源充足時的無功功率平衡

在正常情況下(系統電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統無功電源Q同電壓U的關系為曲線1，負荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點a確定了負荷節點的電壓Ua。

當負荷增加時，如曲線2所示，如果系統的無功電源沒有相應增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線1和曲線2的交點a'就代表了新的無功功率平衡點，并由此決定了負荷點的電壓為Ua′，顯然Ua′

1.2 無功補償原則

國家《電力系統電壓和無功電力技術導則》規定，無功補償與電壓調節應以下列原則進行。

a.總體平衡與局部平衡相結合;

b.電力補償與用戶補償相結合;

c.分散補償與集中補償相結合;

d.降損與調壓相結合，以降損為主。

無功補償應盡量分層(按電壓等級)和分區(按地區)補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸。

2 實行實時無功補償和電壓調節

為了實行實時無功補償，優化無功潮流分布，提出一種全網無功補償和電壓優化實時控制方法，以實現從離線處理轉化為實時處理，提高全網各節點電壓合格率，減少網損，取得較好的經濟性。

2.1 控制無功補償和電壓優化的規則

以全網網損盡量小、各節點電壓合格為目標，以調度中心為控制中心，以各變電站的有載調壓變壓器分接頭調節與電容器投切為控制手段。

2.2 控制流程

首先從調度自動化系統采集數據，送入電壓分析模塊和無功分析模塊進行綜合分析，形成變電所主變分接頭調節指令、變電所電容器投切指令，由調度中心、集控中心、配調中心控制系統執行，循環往復。無功電壓實時控制流程見圖3。

2.3 無功補償與電壓優化的控制原理

電力系統電壓無功限值區間的劃分(動態9區圖)見圖4。根據該圖在各區內，以最優的控制順序和電壓無功設備組合使運行點進入無功、電壓均滿足要求的第9區。

電壓控制按照逆調壓原則，當電壓變化超出電壓曲線的允許偏差范圍(U上—U下)或超出無功功率允許偏差范圍(Q上—Q下)時，根據整定的偏移量發出電容器投切指令或變壓器分接頭調整指令，從而達到調整電壓和無功潮流的目的。

其中，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無功約束上、下限，各區動作方案如下。

1區：電壓超下限，無功超上限。設定電容器投入容量，并發出電容器投入指令，當電容器全部投入后，電壓仍低于U下時，發出變壓器分接頭升壓調節指令。

2區：電壓合格，無功超上限。發出電容器投入指令，當電容器全部投入后運行點仍在該區，則維持運行點。

3區：電壓超上限，無功超上限。發出變壓器分接頭降壓調節指令;當有載調壓已處于下限時，再發出上一級變壓器分接頭調節指令。

4區：電壓超上限，無功合格。動作方案同3區。

5區：電壓超上限，無功超下限。發出電容器切除指令，當電容器全部切除后，電壓仍高于U上時，再發出變壓器分接頭降壓調節指令。

6區：電壓合格，無功超下限。發出電容器切除指令，當電容器全部切除后，運行點仍在該區，則維持該運行點。

7區：電壓超下限，無功超下限。發出變壓器分接頭升壓調節指令，當有載調壓已處于上限時，再發出電容器投入指令。

8區：電壓超下限，無功合格。動作方案同7區。

9區：電壓、無功均合格。維持該運行點，不發調整指令。