电力系统无功功率浅谈

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摘 要：作为电能质量的重要指标电压和无功功率有着密不可分的联系，系统电压的波动大小都会影响用电设备的运行特性及用电设备所取用的功率，对电力系统带来不利的影响。无功功率从发电机和变压器向负荷输送，在输送过程中会产生电压损耗，电压损耗的多少会受到无功功率潮流的变化的影响。无功功率的不足会引起系统电压水平的下降，电压降降低，严重影响设备的出力，为了使电压上升，就需要使电源增加无功出力。

关键词： 电力系统；无功功率

1 无功功率的产生

简单的说，只有电动机的定子中产生磁场才能使电动机旋转，为产生磁场而消耗的功率称为无功功率。其实变压器就是一种静止的电动机，同理才能在次级产生感应电压，一次变压器也要消耗无功功率。无功功率仅仅是在完成电能与磁能之间的转换，并不对外做功，也不消耗燃料或其他形式的能量，因此称为无功功率。但无功功率与有功功率同样重要，没有无功功率，电动机就不能旋转，变压器也不能变压，也就没有有功功率！

2 无功功率的设备

电力系统的无功功率的产生除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。

2.1 同步电机。同步电机可作为发电机，电动机和补偿机运行，这是其主要运行的方式。同步发电机是其常见的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要运行方式，同步电动机的功率因数是可以调节的。再不要求调速的情况下，用大型同步电动机可以提高系统设备的运行效率。如将同步电机并列于电网中可作为同步补偿机，空载的情况下调节励磁电流可向电网发出所需的感性或容性无功功率，以达到改善电力功率因数及调节系统电压，提高系统运行的经济性的目的。

2.2 并联电容器。并联电容器可以改善系统的功率因数、降低系统中的电能损耗，调整电压，可提高输变电设备的输送能力，减少线路的电压降，提高供电质量，并联电容器补偿是我国使用最广泛的一种节电措施，不仅在工业、企业乃至我们的街头巷尾就可以见到。另外并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率，使发电机多发有功，相当于提高了发电机的出力。

2.3 静止无功补偿器。简称SVC。是快速调节无功功率的装置，它可以使所需的无功功率随时调整，从而保持系统电压水平的恒定，并能有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波，提高功率因数，还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡。

静止无功补偿器广泛应用于现代电力系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。

它是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

2.4 静止无功发生器。简称SVG。是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，相当于一个可变的无功电流源，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。这种装置的特点是补偿容量可调，可连续投切，投切速度快，可连续补偿，寿命长，占地小。可用于各种场合。

3 无功功率的补偿

3.1 无功功率补偿的意义。无功功率补偿在于努力减少无功功率对系统的影响，提高供电系统的功率因数，稳定系统的端电压，提高供电质量及稳定性。降低输电线路及用电设备的负荷，减少对有功功率的消耗，提升设备至最佳工作状态。减少用电费用等都有着极其重要意义。

3.2 无功补偿原理。我们所学过的知识中纯电阻电路是不存在的，电路元件中既有感性负载又有容性负载。因为电路中的容性电流与感性电流的相位差为180度，当容性负载释放时，感性负载吸收能量，而感性负载释放时，容性负荷吸收能量。能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。这就是无功补偿的原理。

3.3 无功补偿的三种形式。1）集中补偿。集中补偿就是把补偿所用的全部电容器一次性装设在供电用的母线上或配电变压器低压侧，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。这种补偿方式，安装简便，运行可靠，利用率高。2）分散补偿。分散补偿是将电容器组分组安装在各用电支路的母线上，形成各支路多组分散补偿方式，使用时自动投入或断开，这种补偿方式灵活，易于控制。 3）个别补偿。个别补偿是顾名思义就是把补偿电容器并联到用电设备的电气回路，用其设备的开关控制运行或断开，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补偿，这种补偿方法的效果最好在大型高压电机中常见。

4 结束语

电网中负荷存在大量感性负载，使得线路阻抗成感性，由于其两端的电压与流过的电流有90度角的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，降低了发电机和电网的供电效率。无功功率的交换会促使发电和输电设备上的电能损失和电压升降，直接影响线路的损耗和电力系统的经济运行。认识无功功率的产生及作用，有助于我们理解无功功率平衡和改善电压质量，为无功的管理和规划奠定理论基础。优化无功补偿配置，实现无功的动态平衡使电能的利用达到最大化。

参考文献：

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