杨莉

摘 要：保证系统电压的正常运行水平和无功功率优化配置是电网经济调度的一个重要组成部分，根据系统目前运行现状，找出系统电压和无功功率运行存在的问题，并提出解决措施及建议，提高电网运行电压和经济运行水平。

关键词：电压；无功；无功补偿

1 系统电压及无功功率存在的问题

近几年，电网建设投资规模加大，电网结构日趋完善，新建变电站均按规程规定要求配置了无功补偿装置，110kv及以上变电站主变均选用有载调压变压器，对稳定系统电压，提高电压运行水平起到了重要的作用，但在部分地方电网、农村配网，在满足用户电压质量和无功功率就地平衡问题上还存在比较突出的问题：

1.1 在部分地方电网，由于与主网联系薄弱，电网设备陈旧，部分变电压无功补偿装置补偿容量不足，需大量从系统吸收无功，在系统负荷高峰期无功出力不足，系统电压偏低。

1.2 农村配电网由于输电距离长、线径小，农村用户低电压问题突出。

1.3 无功补偿装置基本都是在变电站进行集中补偿，无功功率在10kv配网中传输较多，根据无功功率补偿原则，最佳补偿点应在用户侧和配变低压侧，以减少无功功率在系统中的传输和提高用户电压水平。

1.4 目前，小水电站大规模开发，规模较小的电站基本均以10kv电压等就近接入电网运行，对小水电站缺乏监督管理手段，很少进行无功功率管理，小水电基本都是只发有功，不发无功。

2 电压与无功功率特性

为了合理地进行无功功率补偿，对电压与无功功率的关系进行简要分析。交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分是用于能量转换而被消耗掉，我们称为“有功功率”，另一部分能量是用来建立磁场，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，对于外部电路它并没有作功，这部分能量我们称为“无功功率”，在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路电抗也需要消耗大量无功功率。但是，需要说明的是电压与无功功率之间的关系要比频率与有功功率之间的关系复杂得多，大体上表现在以下几方面：

一是在一个并列运行的电力系统中，任何一点的频率都是一样的，在无功功率平衡时，整个电力系统的电压从整体上看是正常的，是可以达到额定值的，但有些节点处的电压并不一定合格，如果无功不是处于平衡状态时，那么情况就更复杂了，当无功出力大于无功负荷时，电压普遍会高一些，但也会有个别地方可能低一些，反之，也是如此。

二是系统需要的无功功率远远大于发电机所能提供的无功出力，这是由于现代高压电网包括各级变压器和架空线路在传送电能时需要消耗大量的无功，即“无功损耗”，一般来说，这些无功损耗与整个电网中的无功负荷的大小是差不多。

三是无功功率不宜远距离输送，当输送功率与传送距离达到一定极限时，其无功损耗Q=I2X相应也很大，所输送的无功功率均损耗在变压器及线路上了。另外，传送大量的无功功率时，线路电压损失也相当大，同样会造成无法传送的结果。

所以，合理的就地无功补偿对调整系统电压、降低损耗有十分重要的作用。在进行无功功率补偿时应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。

3 无功功率补偿整改措施及建议

根据电力系统超无功电压存在的问题，结合无功功率特性，建议从以下几个方面对我司无功功率配置进行优化：

3.1 加强电网侧无功补偿装置的配置

一是加强同并网大电网的协调，在枯水期、伏旱期提高大电网运行电压运行水平，可直接改善系统运行电压水平。

二是清理现有无功补偿装置，根据变电站负荷情况对无功补偿装置进行调整，同时对新建变电站配置充沛的无功补偿装置。

3.2 加强10kv配网侧无功补偿

一是建立小水电站的功率因数考核制度，目前已正在开展。根据运行数据分析并结合现有小水电分布情况，建议对小水电无功补偿实施区别对待，对配电线路上T接小水电较多的电站建议按功率因数0.9进行考核，小水电较少的线路T接小水电按0.85进行考核，若功率因数考核均按0.85或0.80考核时，配网无功功率将向系统上网，反而增大线路损耗。

二是开展重负荷配变和重负荷用户无功补偿以及重负荷线路无功补偿。由于35kv、10kv及一些低压配电线路的阻抗相对较大，无功潮流在线路上流动时引起的功率损耗和电压降落均较大，所以，在配网侧进行无功补偿可以有效地减少无功功率在电网中的输送，降低网损和改善用户电压水平。根据计算，进行无功补偿后，降损效果如下式：

即当功率因数从0.85提高至0.95时，通过上式，可求得有功损耗降低达20%左右，降损效果最明显，线路无功补偿的经典补偿方式如下表：

三是按无功功率分层分区、就地平衡的原则开展电网无功经济运行，合理投退无功补偿装置。

4 无功功率补偿方式

目前，采用较多的几种无功补偿装置分别为电容器、同步调相机、电抗器、静止型动态无功补偿器（即SVC）等。

电容器以其投资省、运行费用低、运行维护简单和应用范围广而被广泛使用；但电容器的缺点是输出无功功率与运行电压的平方成正比，电压降低，输出的无功将急剧下降，所以，事故情况下，电容器不能起到稳定系统电压的作用。

同步调相机是一种不带机械负载的同步电动机，它是最早采用的一种无功补偿设备，其主要缺点是投资大，运行维护复杂、能耗高，在并联电容器得到大量采用后，它退居次要地位；但也有其明显的优点：调相机可以根据系统无功的需要，调节励磁运行，过励磁时可以做到发出其额定100%的无功功率，欠励磁时还可以吸收其额定容量50%的无功功率，同时可以安装强行励磁装置，当电网发生故障时，可以强行励磁，保持电网电压稳定，因而提高系统运行的稳定性。

电抗器是一种感性无功补偿设备，它可以吸收系统中过剩的无功功率，避免电网运行电压过高。一般就安装于超高压等级变电站和线路，为了防止超高压线路空载或轻负荷运行时，线路的充电功率造成线路电压升高，同时系统故障时产生的过电压。

静止型动态无功补偿器是近年来发展起来的一种动态无功功率補偿装置，电容器、电抗器、调相机是对电力系统静态无功电力的补偿，而静止型动态无功补偿器主要是对电力系统中的动态冲击负荷的补偿和抑制谐波，如大型电炉炼钢、大型轧机以及大型整流设备等，也可在电力系统的电压枢纽点、支撑点静止型动态无功补偿器来提高系统的稳定性。其最大特点是调节快速，响应速度远远高于调相机，一般只有20ms，可以迅速改变所输出无功功率的性质和保持母线电压恒定。

5 结束语

电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、电网损耗、工农业安全生产、产品质量和人民生活用电都有直接影响。电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压，减小电网耗损，提高系统稳定水平的有效手段。随着调度自动化、配网自动化和无人变电站的实现，需要速度快，收敛性良好的算法，同时伴随着电力市场化的推进，无功优化的理论也将相应改变并进一步完善，无功功率优化将得到进一步的改善。