張 倩

智能電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償技術(shù)探討

張 倩

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 三門峽 472000）

智能電網(wǎng)能夠在使用過程中提升可再生能源的利用效率和降低資源能源消耗，提升人們生產(chǎn)生活用電的質(zhì)量與效率。本文以電力系統(tǒng)的先天性無功負(fù)荷為主要的研究對象，分析無功補(bǔ)償技術(shù)在智能電網(wǎng)當(dāng)中的運(yùn)用。提出無功補(bǔ)償技術(shù)能夠滿足智能電網(wǎng)節(jié)能發(fā)展的要求，也能夠降低電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在的損耗。將無功補(bǔ)償運(yùn)用到智能電網(wǎng)當(dāng)中，既可以滿足企業(yè)智能電網(wǎng)發(fā)展的需要，也能夠滿足時代發(fā)展對電網(wǎng)的需求。

智能電網(wǎng)；無功補(bǔ)償技術(shù)；電網(wǎng)建設(shè)；電力系統(tǒng)

在高壓遠(yuǎn)距離電力系統(tǒng)發(fā)展與普及的過程中人們對電力需求明顯增加，電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中對無功功率的需求也在逐年遞增。電網(wǎng)設(shè)備涉及到較多非線性的電力設(shè)施。在實(shí)際的運(yùn)用中智能電力設(shè)備功率因素非常低，電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中無形增加了額外的負(fù)擔(dān)導(dǎo)致電力的質(zhì)量難以提升。無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中能夠起到很好的作用，遏制這種現(xiàn)象的同時還能夠提升供電的質(zhì)量。除此之外無功補(bǔ)償技術(shù)還能夠在輸電環(huán)節(jié)和供電環(huán)節(jié)發(fā)揮良好的效能，促進(jìn)電力系統(tǒng)供電與輸電的穩(wěn)定性。

1 智能無功補(bǔ)償技術(shù)運(yùn)行原理

無功補(bǔ)償技術(shù)是把具備榮容性功率的負(fù)荷裝置和感性功率負(fù)荷并聯(lián)在同一條電路上運(yùn)行，電能量能夠在兩種負(fù)荷直接任意轉(zhuǎn)換滿足電力需要。榮容性無功補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷在運(yùn)行的過程中會給予感性負(fù)荷需要的功率，而感性負(fù)荷也相對應(yīng)給出榮容性負(fù)荷需要的功率。在正常的情況下合理功率補(bǔ)償因數(shù)為0.95，日常智能電力設(shè)備工作的過程中無功功率存在一定的需求。設(shè)備現(xiàn)處于運(yùn)行狀態(tài)之后不僅僅獲取有功功率，也獲取一定量的無功功率。電網(wǎng)在運(yùn)行的過程中，無功功率如果不足難以滿足電網(wǎng)供應(yīng)的需求，智能設(shè)備的運(yùn)行就會因?yàn)闊o功功率不足而難以建設(shè)起正常的工作磁場，也就并不能滿足電力供應(yīng)的需求。處于這樣狀態(tài)下的電網(wǎng)，由于無功功率不足，運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，不能在額定情況下滿足運(yùn)行的需求，進(jìn)而導(dǎo)致電壓下降，持續(xù)的工作會嚴(yán)重耗損電力設(shè)備影響電網(wǎng)的運(yùn)行。但是實(shí)際上是由于發(fā)電機(jī)與高壓輸電線提供的無功功率不能滿足負(fù)荷需求，導(dǎo)致能耗增加設(shè)備損耗嚴(yán)重。因此需要在電網(wǎng)中增加一部分無功補(bǔ)償技術(shù)裝備，在電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的過程中補(bǔ)償無功功率就能夠保證智能電網(wǎng)的運(yùn)行，節(jié)約運(yùn)行成本和保證了設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量，還有利于保證電力設(shè)備在額定電壓中正常運(yùn)行。

2 無功補(bǔ)償技術(shù)運(yùn)用探討

2.1 有效降低智能電網(wǎng)損耗

將無功補(bǔ)償設(shè)備裝置在智能電網(wǎng)中，以并聯(lián)的方式與設(shè)備相連接，可以將感性負(fù)荷消耗的無功功率補(bǔ)償回來。補(bǔ)償回來之后的感性負(fù)荷，意味著電力線路設(shè)備輸出電源端的感性負(fù)荷輸出量減少，也就導(dǎo)致無功功率的流動幾率降低。這個過程中降低由于無功功率補(bǔ)償之后避免存在設(shè)備損耗與線路損耗，將一部分電能消耗控制在合理的范圍之內(nèi)，節(jié)約電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的能耗、降低運(yùn)行成本且滿足了供電的穩(wěn)定性與可靠性。這就是智能無功補(bǔ)償技術(shù)在智能電網(wǎng)中的運(yùn)用。它的運(yùn)用有效提升功率因數(shù)，且投資少，滿足以最小投資獲得最大收益的經(jīng)營方式，降低損耗，起到節(jié)能的作用。

2.2 無功補(bǔ)償設(shè)備裝置的優(yōu)勢

（1）有效降低電網(wǎng)設(shè)備的功率損耗滿足供電質(zhì)量。把輸送的有功功率假設(shè)為P，當(dāng)P值處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的時候，這個時候安裝無功補(bǔ)償設(shè)備能夠有效提升功率因數(shù)；電源線路中的流動負(fù)荷被降低，線路中被損耗的有功功率也相對應(yīng)降低。因此在智能電網(wǎng)中運(yùn)用無功補(bǔ)償設(shè)備，能夠降低智能電網(wǎng)中的有功功率損耗。（2）提升智能電網(wǎng)設(shè)備的供電性能。設(shè)現(xiàn)有的設(shè)備運(yùn)行的功率值為S，設(shè)備運(yùn)行的過程中S處于恒定狀態(tài)。功率因數(shù)上升到0.9、功率上升到45千瓦，智能電力設(shè)備中的功率因數(shù)提高之后有功功率的輸出也會明顯增加。假設(shè)初始值功率因數(shù)為0.7，在裝置無功補(bǔ)償設(shè)備之后上升到0.9，表明在運(yùn)用無功裝置之后功率因數(shù)得到提升。這種方式除了明顯提升了配電變壓器的供電能力確保供電的性能之外，還有利于降低能耗。在智能電網(wǎng)中運(yùn)用無功補(bǔ)償設(shè)備裝置能夠讓智能電力設(shè)備的輸電與配電性能處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于當(dāng)前時代的發(fā)展來說智能電力設(shè)備的性能與潛力還需要充分挖掘，和時代發(fā)展接軌。

3 智能電網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用方式

在智能電力設(shè)備中一些設(shè)備系統(tǒng)的元件會產(chǎn)生阻抗，這類抗阻比較感性，只有輸電端和入電端之間存在電壓相位差的時候才能夠輸出功率。這個屬于比較廣泛的領(lǐng)域。輸電端和入電端之間有電壓差的情況下才能夠輸出有功功率，其幅度相對狹窄。在智能電網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)元件、負(fù)載都需要消耗大量的無功功率，也就意味著要產(chǎn)生大量的無功功率來滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行的需要，產(chǎn)生無功功率的設(shè)備不可能是發(fā)電機(jī)等設(shè)備。因此在無功補(bǔ)償系統(tǒng)裝置中有三種運(yùn)用的方式，根據(jù)智能電網(wǎng)實(shí)際需要情況進(jìn)行合理的安裝。（1）集中補(bǔ)償無功功率的方式。這種方式把大容量無功補(bǔ)償?shù)碾娙輩R聚于變電站中，以此來補(bǔ)償主變運(yùn)行過程中損耗的無功功率。而實(shí)際運(yùn)用中，無功功率補(bǔ)償裝置電容的容量就需要根據(jù)實(shí)際的需要，以變電站供電區(qū)域內(nèi)的無功補(bǔ)償水平、潮流需求在做出規(guī)劃。以110KV變電站運(yùn)行需要的無功功率為例，一般為15%～20%。集中補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢是：提升電網(wǎng)的利用率；方便設(shè)備后期運(yùn)維；使用的安全性能較高；具備很強(qiáng)的自動性；運(yùn)用過程中變壓器和無功負(fù)荷、電能消耗都能夠相對應(yīng)的減少。（2）分組補(bǔ)償無功功率的方式，這種補(bǔ)償?shù)姆绞街饕槍ε潆娋€路、用戶的用電設(shè)備與變壓器這些設(shè)備之間。尤其是遠(yuǎn)距離的無功補(bǔ)償具有極大的優(yōu)勢，在用戶和主變站間隔距離遠(yuǎn)的情況下就可以選擇這種方式補(bǔ)償無功功率。分組補(bǔ)償無功功率的優(yōu)勢是：分組補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相互協(xié)調(diào)作業(yè)可以降低電網(wǎng)線路損耗以及供電性能，提升高受電端的用電電壓。（3）就地?zé)o功功率補(bǔ)償方式。這種方式的無功功率補(bǔ)償接受與用電設(shè)備直接使用，用電設(shè)備在正常的運(yùn)行過程當(dāng)中投入補(bǔ)償電容，此時設(shè)備的運(yùn)行處于正常狀態(tài)。整個過程都隨著用電設(shè)備的正常運(yùn)行而正常投入運(yùn)行，如果用電設(shè)備停止運(yùn)行，那么無功功率補(bǔ)償裝置也相對應(yīng)的切除供應(yīng)。因此在實(shí)際的運(yùn)用中需要合理設(shè)計就地補(bǔ)償無功功率容量，精確計算電力系統(tǒng)實(shí)際所需要的無功功率，精準(zhǔn)的計算有利于降低系統(tǒng)運(yùn)行的成本，提升功率的利用率和補(bǔ)償率，確保其滿足實(shí)際所需。就地補(bǔ)償無功功率的優(yōu)勢是：針對性很強(qiáng)；對于大型配電設(shè)備的無功功率補(bǔ)償而言具有很強(qiáng)的針對性和專業(yè)性，可以為其所專用；系統(tǒng)設(shè)備簡單和制作過程成本較低；無功功率補(bǔ)償效果非常明顯，簡單容易操作；具備自動補(bǔ)償和自動切除的能力。

4 智能電網(wǎng)中無功功率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用對策

4.1 無功功率補(bǔ)償方式

無功功率在補(bǔ)償?shù)倪^程中需要與智能電網(wǎng)的布局相符合，因此要滿足幾個原則，如科學(xué)合理布局原則、分級補(bǔ)償原則和就地平衡均衡等原則。合理運(yùn)用這些原則在智能電網(wǎng)運(yùn)行的過程中使用最佳的補(bǔ)償方式，讓其具備最佳的綜合效益。因此具體的施行方式有：

（1） 以就地補(bǔ)償無功功率為主的方式，就是電力部門和用戶的補(bǔ)償方式。就地?zé)o功功率補(bǔ)償技術(shù)智能電網(wǎng)中的運(yùn)用是為提升電網(wǎng)運(yùn)行中的功率因數(shù)，減少用戶端傳輸消耗的電功率，降低分配電過程中消耗的電力。這個方式可以節(jié)省用戶用電的消耗量降低電費(fèi)等開支。隨著節(jié)能減排相關(guān)文件的出臺，很多人已經(jīng)意識到節(jié)能的重要性。在這樣的背景下以提升功率因數(shù)而鼓勵用戶自覺裝置無功補(bǔ)償裝置，將有很實(shí)際的意義。在實(shí)際的資料統(tǒng)計中筆者發(fā)現(xiàn)智能電網(wǎng)消耗大約有60%都是由于用戶端使用的設(shè)備產(chǎn)生的電力消耗。對于這樣的情況應(yīng)該加強(qiáng)對用戶用電終端的管理，以加強(qiáng)無功功率補(bǔ)償技術(shù)裝置對用戶進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃集中管理。強(qiáng)化管理方式可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)營管理目標(biāo)，讓供電方和用戶端集中管理確保雙方獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 以分散式為主的無功功率補(bǔ)償方式：以集中和分散補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合的無功補(bǔ)償方式。兩者相結(jié)合的施行方式主要還是以分散補(bǔ)償為主，在變電站運(yùn)行的過程中，集中無功補(bǔ)償、專用無功補(bǔ)償與大量無功補(bǔ)償?shù)倪^程中，智能電網(wǎng)系統(tǒng)中線路與設(shè)備等分別都要進(jìn)行分散補(bǔ)償；在無功功率補(bǔ)償?shù)倪^程中主要還以分散補(bǔ)償為主要的對象。在無功補(bǔ)償就地補(bǔ)償平衡得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上還有效地提升了無功補(bǔ)償具備的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。在具體施行的過程中體現(xiàn)出很強(qiáng)大的無功補(bǔ)償效果。因此在安裝的時候，合理選擇安裝地點(diǎn)，才能夠保證補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益滿足預(yù)期的要求；除此之外還需要考慮滿足補(bǔ)償?shù)那闆r下，功率因數(shù)是否合理。并不是功率因素越高就能體現(xiàn)出效益性。這種分散補(bǔ)償?shù)姆绞酱嬖谝欢ǖ娜毕?，就是運(yùn)用過程中由于其存在的分散性，導(dǎo)致其運(yùn)維存在一定的難度，所以在實(shí)際的運(yùn)用中人們會選擇集中補(bǔ)償無功功率的方式。

（3）能耗與調(diào)壓相結(jié)合的無功功率補(bǔ)償方式。智能電網(wǎng)中運(yùn)用無功補(bǔ)償技術(shù)的主要目的是降低設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的能耗，以及降低成本、降低設(shè)備損耗。設(shè)備運(yùn)行電壓偏高的情況將電壓運(yùn)行負(fù)荷調(diào)低，否則輕載運(yùn)行會增加能耗降低設(shè)備的使用壽命，影響電路的整體性能。在智能電網(wǎng)的運(yùn)行中安裝無功功率裝置設(shè)備，可以達(dá)到降損指標(biāo)滿足其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4.2 智能電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償施行措施

在現(xiàn)實(shí)生活的運(yùn)用中，智能電網(wǎng)需要將客戶配電室、負(fù)載點(diǎn)分別進(jìn)行功率補(bǔ)償而安裝無功功率補(bǔ)償裝置，因?yàn)楣╇姴块T不會根據(jù)功率因素電費(fèi)調(diào)整而收取客戶調(diào)整之后的電費(fèi)。在現(xiàn)實(shí)生活中需要和客戶做好溝通交流，安裝好相關(guān)的設(shè)備，協(xié)同作業(yè)、降低運(yùn)行成本、合理調(diào)整電費(fèi)的支付情況。因此需要相關(guān)的人員做好無功功率補(bǔ)償?shù)男麄?，充分運(yùn)用信息化技術(shù)和手機(jī)終端強(qiáng)化無功補(bǔ)償技術(shù)的安裝益處，安裝之后的使用特征等，從多個角度出發(fā)滿足企業(yè)與用戶的效益，以及真正做到電力的可持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。

4.3 供電機(jī)構(gòu)做好無功功率管理的措施

在智能電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，供電公司和相關(guān)的機(jī)構(gòu)需要嚴(yán)格按照工作的要求合理關(guān)注智能電網(wǎng)、用戶的用電情況，關(guān)注功率因數(shù)數(shù)據(jù)與變化的缺失，根據(jù)不同的季節(jié)、不同時間段和不同季度做好對應(yīng)的措施。相關(guān)的人員還需要勤于調(diào)研，于供電區(qū)域的用戶做好調(diào)查和研究，了解用戶的用電情況和設(shè)備運(yùn)行情況，及時提醒用戶提升對無功功率的認(rèn)識，幫助用戶讓其達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)和要求。無功補(bǔ)償是國家提倡的節(jié)能技術(shù)，專業(yè)性很強(qiáng)，需要專業(yè)的人員來完成。因此對應(yīng)的人員需要幫助用戶提升對無功管理的認(rèn)識。

5 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和時代的進(jìn)步，科學(xué)對人們生活滲透越來越深入，智能電網(wǎng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用減輕了目標(biāo)電網(wǎng)的壓力，滿足了供電的穩(wěn)定性與可靠性。在現(xiàn)實(shí)的運(yùn)用中無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用提高了用戶變壓器的利用效率、改善用戶電費(fèi)的支付率、改善了功率因數(shù)、節(jié)省電費(fèi)支付的同時降低了設(shè)備的損耗率。隨著智能電網(wǎng)在人們生活中的普及，智能電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用有利于保證智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

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TM761+.11

A

1672-1047（2020）06-0136-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2020.06.36

2020-10-04

張倩，女，陜西潼關(guān)人，講師。研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化等。

[責(zé)任編輯：劉良瑞]