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試論電力系統的無(wú)功功率和電壓控制
論文關(guān)鍵詞：電力系統 無(wú)功功率 電壓控制論文摘要：電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標。電力系統中各種用電設備只有在電壓為額定值時(shí)才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟指標。但是在電力系統的正常運行中，用電負荷和系統運行方式是經(jīng)常變化的，由此引起電壓發(fā)生變化，不可避免地出現電壓偏移。而電力系統的運行電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡，系統中各種無(wú)功電源的無(wú)功功率輸出應能滿(mǎn)足系統負荷和網(wǎng)絡(luò )損耗在額定電壓下對無(wú)功功率的需求，否則就會(huì )偏離額定值。
1、前言
總體來(lái)說(shuō)，電力系統有效和可靠的運行，電壓和無(wú)功功率的控制應滿(mǎn)足以下目標：
1.1系統中有所有裝置的在端電壓應在可接受的限制內。
1.2為保證最大限度利用輸電系統，應加強系統穩定性。
1.3應使無(wú)功功率傳輸最小，以使得RI2和XI2損耗減小到最小。
當負荷變化時(shí)，輸電系統的無(wú)功功率的要求也要變化。由于無(wú)功功率不能長(cháng)距離傳輸，電壓只能通過(guò)遍布整個(gè)系統的具體裝置來(lái)進(jìn)行有效控制。
2、無(wú)功功率的產(chǎn)生和吸收
同步發(fā)電機可以產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率，這取決于其勵磁情況。當過(guò)勵時(shí)產(chǎn)生無(wú)功功率，當欠勵時(shí)吸收無(wú)功功率。
架空線(xiàn)路產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率取決于負荷電流。當負荷低于自然負荷（波阻抗），線(xiàn)路產(chǎn)生純無(wú)功功率；當高于自然負荷時(shí)，線(xiàn)路吸收無(wú)功功率。
地下電纜，由于它們對地電容較大，因此具有較高的自然負荷。它們通常工作在低于自然負荷情形下，因此在所有運行條件下總發(fā)生無(wú)功功率。
變壓器不管其負載如何，總是吸收無(wú)功功率�？蛰d時(shí)，起主要作用的是并聯(lián)激勵電抗；滿(mǎn)載時(shí)，起主要作用的是串聯(lián)漏抗。
負荷通常吸收無(wú)功功率。由電力系統的供電的典型負荷節點(diǎn)由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節和氣候的變化而不同。通常負荷節點(diǎn)的負荷特性是吸收無(wú)功功率的，復合負荷的有功功率和無(wú)功功率都是電壓幅值的函數。具有低的滯后功率因數的負荷使傳輸網(wǎng)絡(luò )有大的電壓降落，因而供電也不經(jīng)濟，對于工業(yè)用戶(hù)，無(wú)功功率通常和有功功率一樣要計費，這就鼓勵企業(yè)通過(guò)使用并聯(lián)電容器來(lái)提高負荷功率因數。
3、無(wú)功功率的補償
3.1無(wú)功功率不足的危害：交流電力系統需要電源供給兩部分能量：一部分將用于做功而被消耗掉，這部分稱(chēng)為“有功功率”；另一部分能量是用來(lái)建立磁場(chǎng)，用于交換能量使用的，對于外部電路它并沒(méi)有做功，稱(chēng)為“無(wú)功功率”，無(wú)功是相對于有功而言，不能說(shuō)無(wú)功是無(wú)用之功，沒(méi)有這部分功率，就不能建立磁場(chǎng)，電動(dòng)機，變壓器等設備就不能運轉。其物理意義是：電路中電感元件與電容元件正常工作所需要的功率交換。無(wú)功功率不足，無(wú)功電源和無(wú)功負荷將處于低電壓的平衡狀態(tài)，將給電力系統帶來(lái)諸如出力不足，電力系統損耗增加，設備損壞等一系列的損害，甚至可能引起電壓崩潰事故，造成電網(wǎng)大面積停電。
3.2無(wú)功補償原理：在交流電路中，純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電感負載中電流之后電壓九十度，純電容負載中電流超前電壓九十度，也就是說(shuō)純電容中電流和純電感中的電流相位差為180度，可以互相抵消，即當電源向外供電時(shí)，感性負荷向外釋放的能量由榮幸負荷儲存起來(lái)；當感性負載需要能量時(shí)，再由榮幸負荷向外釋放的能量來(lái)提供。能量在兩種負荷間相互交換，感性負荷所需要的無(wú)功功率就可由容性負荷輸出的無(wú)功功率中得到補償，實(shí)現了無(wú)功功率就地解決，達到補償的目的。
3.3無(wú)功補償的三種形式：
3.3.1集中補償
集中補償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側的母線(xiàn)上或配電變壓器低壓母線(xiàn)上，這種補償方式，安裝簡(jiǎn)便，運行可靠，利用率高，但當電氣設備不連續運轉或輕負荷時(shí)，又無(wú)自動(dòng)控制裝置時(shí)，會(huì )造成過(guò)補償，使運行電壓升高，電壓質(zhì)量變壞。季節性用電較強，空載運行較長(cháng)又無(wú)人值守的配電變壓器不宜采用。
3.3.2分散補償
分散補償是將電容器組分組安裝在車(chē)間配電室或變電所個(gè)分路的出線(xiàn)上，形成抵押電網(wǎng)內部的多組分散補償方式，它能與工廠(chǎng)部分負荷的變動(dòng)同時(shí)投切，適合負荷比較分散的補償場(chǎng)合，這種補償方式效果較好，且補償方式靈活，易于控制。
3.3.3個(gè)別補償
個(gè)別補償是對單臺用電設備所需無(wú)功就近補償的方法，把電容器直接接到單臺用電設備的同一電氣回路，用同一臺開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)投運或斷開(kāi)，俗稱(chēng)隨機補償。這種補償方法的效果最好，它能實(shí)現就地平衡無(wú)功電流，又能避免無(wú)負荷時(shí)的過(guò)補償，是農網(wǎng)中隊異步電動(dòng)機進(jìn)行補償的常用方法。
3.4無(wú)功補償設備
根據補償的效果而言，電容器可以補償負荷側的無(wú)功功率，提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線(xiàn)路充電功率，改善電網(wǎng)低谷負荷時(shí)的運行電壓，減少發(fā)電機的進(jìn)相運行深度，提高電網(wǎng)運行性能。
3.4.1無(wú)源補償設備裝置
并聯(lián)電抗器，并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器。這些裝置可以是固定連接式的或開(kāi)閉式的，無(wú)源補償設備僅用于特性阻抗補償和線(xiàn)路的阻抗補償，如并聯(lián)電抗器用于輸電線(xiàn)路分布電容的補償以防空載長(cháng)線(xiàn)路末端電壓升高，并聯(lián)電容器用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功以減小線(xiàn)路無(wú)功輸送，減小電壓損失；串聯(lián)電容器可用于長(cháng)線(xiàn)路補償等。電力系統變電站內廣泛安裝了無(wú)功補償電容器，用來(lái)就地無(wú)功平衡，減少線(xiàn)損，提高電壓水平。
3.4.2有源補償裝置
通常為并聯(lián)連接式的，用于維持末端電壓恒定，能對連接處的微小電壓偏移做出反應，準確地發(fā)出或吸收無(wú)功功率的修正量。如用飽和電抗器作為內在固有控制，用同步補償器和可控硅控制的補償器作為外部控制的方式。
4、結束語(yǔ)
無(wú)功補償對提高功率因數，改善電壓質(zhì)量，降損節能、提高供電設備的出力都有很好的作用。只要依靠科技進(jìn)步，加大資金投入，優(yōu)化無(wú)功補償配置，實(shí)現無(wú)功的動(dòng)態(tài)平衡是完全可能的。
參考文獻：
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