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      試論電力系統(tǒng)的無(wú)功功率和電壓控制

      時(shí)間: 汪穎翔 馮煒 王欣1 分享
        論文關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng) 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(biāo)。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時(shí)才有最好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中,用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)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(xiàn)電壓偏移。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡,系統(tǒng)中各種無(wú)功電源的無(wú)功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對(duì)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(tǒng)有效和可靠的運(yùn)行,電壓和無(wú)功功率的控制應(yīng)滿足以下目標(biāo):
        1.1系統(tǒng)中有所有裝置的在端電壓應(yīng)在可接受的限制內(nèi)。
        1.2為保證最大限度利用輸電系統(tǒng),應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
        1.3應(yīng)使無(wú)功功率傳輸最小,以使得RI2和XI2損耗減小到最小。
        當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),輸電系統(tǒng)的無(wú)功功率的要求也要變化。由于無(wú)功功率不能長(zhǎng)距離傳輸,電壓只能通過(guò)遍布整個(gè)系統(tǒng)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(jī)可以產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率,這取決于其勵(lì)磁情況。當(dāng)過(guò)勵(lì)時(shí)產(chǎn)生無(wú)功功率,當(dāng)欠勵(lì)時(shí)吸收無(wú)功功率。
        架空線路產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率取決于負(fù)荷電流。當(dāng)負(fù)荷低于自然負(fù)荷(波阻抗),線路產(chǎn)生純無(wú)功功率;當(dāng)高于自然負(fù)荷時(shí),線路吸收無(wú)功功率。
         地下電纜,由于它們對(duì)地電容較大,因此具有較高的自然負(fù)荷。它們通常工作在低于自然負(fù)荷情形下,因此在所有運(yùn)行條件下總發(fā)生無(wú)功功率。
        變壓器不管其負(fù)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(lì)電抗;滿載時(shí),起主要作用的是串聯(lián)漏抗。
        負(fù)荷通常吸收無(wú)功功率。由電力系統(tǒng)的供電的典型負(fù)荷節(jié)點(diǎn)由許多裝置所組成。這種組成隨日期、隨季節(jié)和氣候的變化而不同。通常負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷特性是吸收無(wú)功功率的,復(fù)合負(fù)荷的有功功率和無(wú)功功率都是電壓幅值的函數(shù)。具有低的滯后功率因數(shù)的負(fù)荷使傳輸網(wǎng)絡(luò)有大的電壓降落,因而供電也不經(jīng)濟(jì),對(duì)于工業(yè)用戶,無(wú)功功率通常和有功功率一樣要計(jì)費(fèi),這就鼓勵(lì)企業(yè)通過(guò)使用并聯(lián)電容器來(lái)提高負(fù)荷功率因數(shù)。
        3、無(wú)功功率的補(bǔ)償
        3.1無(wú)功功率不足的危害:交流電力系統(tǒng)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(duì)于外部電路它并沒(méi)有做功,稱為“無(wú)功功率”,無(wú)功是相對(duì)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(jī),變壓器等設(shè)備就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。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(fù)荷將處于低電壓的平衡狀態(tài),將給電力系統(tǒng)帶來(lái)諸如出力不足,電力系統(tǒng)損耗增加,設(shè)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(bǔ)償原理:在交流電路中,純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位,純電感負(fù)載中電流之后電壓九十度,純電容負(fù)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(dāng)電源向外供電時(shí),感性負(fù)荷向外釋放的能量由榮幸負(fù)荷儲(chǔ)存起來(lái);當(dāng)感性負(fù)載需要能量時(shí),再由榮幸負(fù)荷向外釋放的能量來(lái)提供。能量在兩種負(fù)荷間相互交換,感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率就可由容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率就地解決,達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?br/>   3.3無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜N形式:
        3.3.1集中補(bǔ)償
        集中補(bǔ)償就是把電容器組集中安裝在變電所的二次側(cè)的母線上或配電變壓器低壓母線上,這種補(bǔ)償方式,安裝簡(jiǎn)便,運(yùn)行可靠,利用率高,但當(dāng)電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷時(shí),又無(wú)自動(dòng)控制裝置時(shí),會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償,使運(yùn)行電壓升高,電壓質(zhì)量變壞。季節(jié)性用電較強(qiáng),空載運(yùn)行較長(zhǎng)又無(wú)人值守的配電變壓器不宜采用。
        3.3.2分散補(bǔ)償
        分散補(bǔ)償是將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所個(gè)分路的出線上,形成抵押電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式,它能與工廠部分負(fù)荷的變動(dòng)同時(shí)投切,適合負(fù)荷比較分散的補(bǔ)償場(chǎng)合,這種補(bǔ)償方式效果較好,且補(bǔ)償方式靈活,易于控制。
        3.3.3個(gè)別補(bǔ)償
         個(gè)別補(bǔ)償是對(duì)單臺(tái)用電設(shè)備所需無(wú)功就近補(bǔ)償?shù)姆椒?,把電容器直接接到單臺(tái)用電設(shè)備的同一電氣回路,用同一臺(tái)開(kāi)關(guān)控制,同時(shí)投運(yùn)或斷開(kāi),俗稱隨機(jī)補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法的效果最好,它能實(shí)現(xiàn)就地平衡無(wú)功電流,又能避免無(wú)負(fù)荷時(shí)的過(guò)補(bǔ)償,是農(nóng)網(wǎng)中隊(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)某S梅椒ā?br/>   3.4無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備
        根據(jù)補(bǔ)償?shù)男Ч裕娙萜骺梢匝a(bǔ)償負(fù)荷側(cè)的無(wú)功功率,提高系統(tǒng)的功率因數(shù),降低能耗,改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。電抗器可以吸收電網(wǎng)多余的線路充電功率,改善電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行電壓,減少發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行深度,提高電網(wǎng)運(yùn)行性能。
        3.4.1無(wú)源補(bǔ)償設(shè)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(bǔ)償設(shè)備僅用于特性阻抗補(bǔ)償和線路的阻抗補(bǔ)償,如并聯(lián)電抗器用于輸電線路分布電容的補(bǔ)償以防空載長(zhǎng)線路末端電壓升高,并聯(lián)電容器用來(lái)產(chǎn)生無(wú)功以減小線路無(wú)功輸送,減小電壓損失;串聯(lián)電容器可用于長(zhǎng)線路補(bǔ)償?shù)?。電力系統(tǒng)變電站內(nèi)廣泛安裝了無(wú)功補(bǔ)償電容器,用來(lái)就地?zé)o功平衡,減少線損,提高電壓水平。
        3.4.2有源補(bǔ)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(duì)連接處的微小電壓偏移做出反應(yīng),準(zhǔn)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(nèi)在固有控制,用同步補(bǔ)償器和可控硅控制的補(bǔ)償器作為外部控制的方式。
        4、結(jié)束語(yǔ)
        無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高功率因數(shù),改善電壓質(zhì)量,降損節(jié)能、提高供電設(shè)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(bǔ)償配置,實(shí)現(xiàn)無(wú)功的動(dòng)態(tài)平衡是完全可能的。
        
        參考文獻(xiàn):
        [1] PRABHA KUNDUR 著.電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與控制[M].中國(guó)電力出版社.
        [2]劉婭.變電站無(wú)功補(bǔ)償分析 [M].行業(yè)透視.
        [3]韓磊.電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償綜述[M].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.
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