電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀的分析研究

一、無(wú)功補(bǔ)償及其機(jī)理

　　（一）無(wú)功補(bǔ)償

　　無(wú)功補(bǔ)償全名無(wú)功功率補(bǔ)償，它是為電力供電系統(tǒng)提供電網(wǎng)功率因數(shù)的一種重要手段，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償可以有效降低變壓器和輸送線路上的能量耗損，從而提高電力系統(tǒng)供電效率并改善供電的環(huán)境。由此可見(jiàn)，無(wú)功補(bǔ)償裝置作為無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾ナ郑陔娏ο到y(tǒng)的供電過(guò)程起到了至關(guān)重要的作用。實(shí)踐證明，選擇合適的無(wú)功補(bǔ)償裝置，不但可以最大限度地減少供電網(wǎng)絡(luò)中的能量損耗，而且可以使供電電網(wǎng)的質(zhì)量大幅度提高。若無(wú)功補(bǔ)償裝置選擇不當(dāng)，則會(huì)使電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)及諧波增大等現(xiàn)象。一般而言，當(dāng)交流電通過(guò)純電阻時(shí)，電能將轉(zhuǎn)化成大量的熱能，然而當(dāng)其通過(guò)純?nèi)菪曰蚣兏行载?fù)載時(shí)并不做功，即沒(méi)有消耗任何電能，為無(wú)功功率。從實(shí)踐來(lái)看，電力系統(tǒng)中的實(shí)際負(fù)載不可能是純?nèi)菪载?fù)載或純感性負(fù)載，多是混合型的負(fù)載，這就使得電流通過(guò)電力系統(tǒng)時(shí)有部分電能不會(huì)做功，即無(wú)功功率。此時(shí)的無(wú)功功率因數(shù)會(huì)小于1，為了進(jìn)一步提高電能利用率，勢(shì)必要采用無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/span>

　　（二）無(wú)功補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理

　　無(wú)功補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理：電力系統(tǒng)電網(wǎng)的輸出功率主要包括兩部分，即有功功率和無(wú)功功率。前者主要是指電力系統(tǒng)中直接消耗的電能，將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、熱能以及化學(xué)能等，并利用此能量來(lái)做功，因此將這些功率稱作有功功率；后者則不需要消耗任何電能，只是將電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量而已，這種能量作為用電設(shè)備做功的必須條件，它主要是在電網(wǎng)與電能之間進(jìn)行周期性的轉(zhuǎn)換，因此稱作無(wú)功功率。比如，電磁元件在建立磁場(chǎng)時(shí)占用的電能以及電容器在建立電場(chǎng)時(shí)占的電能等。一般而言，電流在電感元件中做功時(shí)會(huì)滯后電壓九十度，而在電容元件中做功時(shí)會(huì)超前電壓九十度。在同種電路中，電感電流和電容電流的方向正好相反。

　　1、無(wú)功補(bǔ)償具體實(shí)現(xiàn)形式。將具有容性功率負(fù)荷的裝置和感性功率負(fù)荷的裝置并聯(lián)在同一個(gè)電路之中，這樣電能就會(huì)在兩種不同負(fù)荷的裝置之間來(lái)回的交換，感性功率負(fù)荷所需的無(wú)功功率就可以通過(guò)容性功率負(fù)荷輸出的無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

　　2、無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔谩o(wú)功補(bǔ)償可以有效增加電力系統(tǒng)電網(wǎng)中的有功功率之比例常數(shù)，減少電力系統(tǒng)發(fā)、供電裝置的設(shè)計(jì)容量并減少資金投入。比如，當(dāng)電力系統(tǒng)功率因數(shù)由cosΦ=0.8增加至cosΦ=0.95時(shí)，若安裝1千瓦的電容器則可以節(jié)省設(shè)備容量為0.52千瓦；相反，若增加0.52千瓦則相當(dāng)于增加了發(fā)、供電裝置的容量。由此可見(jiàn)，對(duì)新建或改建的電力工程而言，一定要充分地考慮好無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，這樣可以通過(guò)減少用電設(shè)備的容量設(shè)計(jì)來(lái)減少資金的投入。同時(shí)，還通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償還可以有效地降低線路中的能量損耗，根據(jù)公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%可知，1-cosΦ是無(wú)功補(bǔ)償之后的功率因數(shù)，cosΦ為補(bǔ)償前的無(wú)功功率因數(shù)，二者的關(guān)系是cosΦ>1-cosΦ，因此提高無(wú)功功率因數(shù)之后，電線上的能量耗損也就下降了，從而減少了設(shè)計(jì)中的容量考慮，增加了電網(wǎng)中的有功功率輸送比例，為供電企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益提供了保證。

　　二、無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄅc現(xiàn)狀

　　（一）目前無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕椒?/span>

　　基于以上對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆治觯瑹o(wú)功補(bǔ)償主要是采用了低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，就該技術(shù)使用現(xiàn)狀而言，其具體方法主要有隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償以及跟蹤補(bǔ)償三種。具體分析如下：

　　1、隨機(jī)補(bǔ)償法。隨機(jī)補(bǔ)償法主要是把電動(dòng)機(jī)與低壓電容器組并連在一起，通過(guò)有效的控制設(shè)備對(duì)保護(hù)裝置和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同時(shí)投切。該種無(wú)功補(bǔ)償方法一般適用于電動(dòng)機(jī)的無(wú)功耗損上，它以補(bǔ)勵(lì)磁無(wú)功為主，可以有效地制約用電單位的無(wú)功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償方的要點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)與電容器組的同時(shí)控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償，因此其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：當(dāng)用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，可以及時(shí)有效地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；當(dāng)用電設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備也會(huì)同時(shí)退去。這種補(bǔ)償法不但大大提高了無(wú)功補(bǔ)償?shù)男剩乙矞p少了頻繁調(diào)整的次數(shù)，更加方便、快捷。此外，隨機(jī)補(bǔ)償法還具有投資少、占空小、安裝易、維護(hù)簡(jiǎn)單以及事故發(fā)生率低等特點(diǎn)，因此它是一種不可多得的無(wú)功補(bǔ)償節(jié)電技術(shù)，并在當(dāng)前電力系統(tǒng)供電過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。

　　2、隨器補(bǔ)償法。隨器補(bǔ)償法主要是通過(guò)低壓保險(xiǎn)設(shè)備將低壓電容器連接在配電變壓器的一側(cè)，其作用是補(bǔ)償電變壓器空載無(wú)功功率。變壓器在空載和輕載時(shí)的無(wú)功負(fù)荷主要表現(xiàn)為變壓器空載勵(lì)磁無(wú)功，而配變空載無(wú)功是用電企業(yè)無(wú)功負(fù)荷的重要組成部分。對(duì)于那些輕負(fù)載的配電變壓器而言，該無(wú)功耗損將在供電量中的占有比例非常大，因而導(dǎo)致了電價(jià)的增加。隨器補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在接線比較簡(jiǎn)單、管理方便以及自動(dòng)補(bǔ)償能力強(qiáng)等方面。因此，采用隨器補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢蕴岣吲潆娮儔浩鞯墓β剩档蜔o(wú)功耗損，在現(xiàn)代供電系統(tǒng)中也經(jīng)常使用。

　　3、跟蹤補(bǔ)償法。跟蹤補(bǔ)償法主要是將無(wú)功補(bǔ)償投切設(shè)備作為控制與保護(hù)裝置，并將低壓電容器組補(bǔ)償于大用戶母線上的一種無(wú)功補(bǔ)償方式。該補(bǔ)償發(fā)法主要適用于專用配變客戶，不但可以替代隨器與隨機(jī)兩種補(bǔ)償方式，而且效果非常明顯。跟蹤補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：運(yùn)行方式比較靈活、運(yùn)行維護(hù)的工作量比較小，與隨器和隨機(jī)補(bǔ)償法相比，不但使用壽命有所延長(zhǎng)，而且運(yùn)行更加安全、可靠。但這種補(bǔ)償方法有其自身的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：其控制和保護(hù)裝置比較復(fù)雜、初期投資較多，但當(dāng)三種補(bǔ)償法的經(jīng)濟(jì)性比較接近時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先跟蹤補(bǔ)償法。

　　（二）無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀

　　電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償現(xiàn)狀主要表現(xiàn)在無(wú)功補(bǔ)償裝置的使用現(xiàn)狀上。作為傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的主要負(fù)荷，異步電動(dòng)機(jī)的使用使電力電網(wǎng)產(chǎn)生了感性的無(wú)功電流，而電力裝置的功率因數(shù)一般都非常的低，這就導(dǎo)致了電力電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)無(wú)功電流。為了保證供電質(zhì)量，無(wú)功補(bǔ)償將目前保持電力系統(tǒng)高質(zhì)量供電的主要手段。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，主要經(jīng)歷了同步調(diào)相機(jī)→開(kāi)關(guān)投切式固定電容器→靜止的無(wú)功補(bǔ)償器 即SVC→靜止的無(wú)功發(fā)生器即SVG等演變過(guò)程。隨著科技的不斷進(jìn)步，靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)逐漸進(jìn)入無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域。靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)主要是利用靜止開(kāi)關(guān)投切電容器、電抗器等設(shè)備，通過(guò)吸收和發(fā)出無(wú)功率電流來(lái)提高整個(gè)電力系統(tǒng)中的功率因數(shù)，從而穩(wěn)定電力系統(tǒng)的電壓。通過(guò)改變對(duì)可控飽和電抗器控制繞組中的電流可以有效控制鐵心飽和度，進(jìn)而改變系統(tǒng)中電抗器之電抗、改變無(wú)功電流大小。 隨著科學(xué)電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前已經(jīng)出現(xiàn)了利用自換相變流電路的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，即靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，目前來(lái)看，國(guó)際國(guó)內(nèi)除了對(duì)SVC與SVG 無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)了探討之外，正在研究動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)以及交-交變頻電路、賭流式自換相橋電路等靜止變流器。其本質(zhì)都是通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)降低能耗，提高電力系統(tǒng)的供電能力和控制能力。