電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償對電力系統(tǒng)的重要性越來越受到重視，合理地投停使用無功補(bǔ)償設(shè)備，對調(diào)整電網(wǎng)電壓、提高供電質(zhì)量、抑制諧波干擾、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行都有著十分重要的作用。如果系統(tǒng)無功電源不足，則會使電網(wǎng)處于低電壓水平上的無功功率平衡，即靠電壓降低、負(fù)荷吸收無功功率的減少來彌補(bǔ)無功電源的不足。同樣，如果由于電網(wǎng)缺乏調(diào)節(jié)手段或無功補(bǔ)償元件的不合理運(yùn)行使某段時(shí)間無功功率過剩，也會造成整個電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高。因此，要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，就必須有足夠的無功電源來滿足系統(tǒng)負(fù)荷對無功功率的需求和補(bǔ)償線路和變壓器中的無功功率損耗。

一、無功功率就地補(bǔ)償?shù)母拍?/span>

無功補(bǔ)償裝置的分布，首先要考慮調(diào)壓的要求，滿足電網(wǎng)電壓質(zhì)量指標(biāo)。同時(shí)，也要避免無功功率在電網(wǎng)內(nèi)的長距離傳輸，減少電網(wǎng)的電壓損耗和功率損耗。無功功率補(bǔ)償?shù)脑瓌t是做到無功功率分層分區(qū)平衡，就是要做到哪里有無功負(fù)荷就在那里安裝無功補(bǔ)償裝置。這既是經(jīng)濟(jì)上的需要，也是無功電力特征所必需的，如果不這樣做，就達(dá)不到最佳補(bǔ)償?shù)哪康?，解決不了無功電力就地平衡的問題。

二、無功功率的平衡

在電力系統(tǒng)中，頻率與有功功率是一對統(tǒng)一體，當(dāng)有功負(fù)荷與有功電源出力相平衡時(shí)，頻率就正常，達(dá)到額定值50Hz，而當(dāng)有功負(fù)荷大于有功出力時(shí)，頻率就下降，反之，頻率就會上升。電壓與無功功率也和頻率與有功功率一樣，是一對對立的統(tǒng)一體。當(dāng)無功負(fù)荷與無功出力相平衡時(shí)，電壓就正常，達(dá)到額定值，而當(dāng)無功負(fù)荷大于無功出力時(shí)，電壓就下降，反之，電壓就會上升。電壓與無功功率之間的關(guān)系要比頻率與有功功率之間的關(guān)系復(fù)雜得多，大體上有以下幾點(diǎn)：

2.1 在一個并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，任何一點(diǎn)的頻率都是一樣的，而電壓與無功電力卻不是這樣的。當(dāng)無功功率平衡時(shí)，整個電力系統(tǒng)的電壓從整體上看是會正常的，是可以達(dá)到額定值的，即便是如此，也是指整體上而已，實(shí)際上有些節(jié)點(diǎn)處的電壓并不一定合格，如果無功不是處于平衡狀態(tài)時(shí)，那么情況就更復(fù)雜了，當(dāng)無功出力大于無功負(fù)荷時(shí)，電壓普遍會高一些，但也會有個別地方可能低一些，反之，也是如此。

2.2 變壓器和架空線路在傳送電能時(shí)需要消耗大量的無功，稱為“無功損耗”，一般來說，這些無功損耗與整個電網(wǎng)中的無功負(fù)荷的大小是差不多的，我們以一臺50MVA的110kV變壓器為例來了解變壓器在運(yùn)行中的無功損耗情況。

變壓器的參數(shù)為：Ue=110kV，Se=50MVA，Uk%=17%，變壓器在傳送電能時(shí)的無功損耗的計(jì)算式為：

Q=SeUk%(I/Ie)2

式中I—變壓器的負(fù)荷電流;

Ie—變壓器的額定電流，與變壓器的無功損耗與變壓器的負(fù)載率、變壓器的額定容量及短路阻抗有關(guān)。

如果這臺變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，那么它的無功損耗就是：Q=50MVA×17%=8.5Mvar

此時(shí)變壓器的無功損耗相當(dāng)大，其低壓側(cè)安裝的并聯(lián)電容器組的容量甚至不夠補(bǔ)償變壓器滿負(fù)荷時(shí)的無功損耗。

2.3無功功率不宜遠(yuǎn)距離輸送，當(dāng)輸送功率與傳送距離達(dá)到一定極限時(shí)，其傳送功率成為不可能，這是由于超高壓等級的變壓器、線路電抗較大，其無功損耗相應(yīng)也很大，所輸送的無功功率均損耗在變壓器及線路上了。另外，傳送大量的無功功率時(shí)，線路電壓損失也相當(dāng)大，同樣會造成無法傳送的結(jié)果。

三、各種無功補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式

3.1同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種不帶機(jī)械負(fù)載的同步電動機(jī)，它是最早采用的一種無功補(bǔ)償設(shè)備，在并聯(lián)電容器得到大量采用后，它退居次要地位。其主要缺點(diǎn)是投資大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。因此，許多國家不再新增同步調(diào)相機(jī)作為無功補(bǔ)償設(shè)備。

調(diào)相機(jī)可以安裝強(qiáng)行勵磁裝置，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電壓劇烈降低，調(diào)相機(jī)可以強(qiáng)行勵磁，保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，因而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電容器輸出無功功率與運(yùn)行電壓的平方成正比，電壓降低，輸出的無功將急劇下降，比如，當(dāng)電壓下降10%，變?yōu)?.9Ue時(shí)，電容器輸出的無功功率變?yōu)?.81Q，即其輸出的無功功率將下降19%，所以，電容器此時(shí)不能起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用。

3.2并聯(lián)電容器

作為無功補(bǔ)償設(shè)備，電容器有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：電容器的損耗低，效率高。現(xiàn)代電容器的損耗只有本身容量的0.02%左右。調(diào)相機(jī)除了本身的損耗外，其附屬設(shè)備還需用一定的所用電，損耗2%～30%，大大高于電容器;電容器是靜止設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)簡單，沒有噪音。調(diào)相機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行維護(hù)很復(fù)雜;并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用得最多的一種無功功率補(bǔ)償設(shè)備，目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)中90%的無功補(bǔ)償設(shè)備是并聯(lián)電容器。

3.3并聯(lián)電抗器

并聯(lián)電抗器是一種感性無功補(bǔ)償設(shè)備，它可以吸收系統(tǒng)中過剩的無功功率，避免電網(wǎng)運(yùn)行電壓過高。為了防止超高壓線路空載或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，線路的充電功率造成線路電壓升高，一般裝設(shè)并聯(lián)電抗器吸收線路的充電功率，同時(shí)，并聯(lián)電抗器也用來限制由于突然甩負(fù)荷或接地故障引起的過電壓從而危及系統(tǒng)的絕緣。

在無功電源充裕的系統(tǒng)中，應(yīng)該大力推廣有載調(diào)壓變壓器，這是在各種運(yùn)行方式下保證電網(wǎng)電壓質(zhì)量的關(guān)鍵手段之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差也越來越大，線路、變壓器上高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷產(chǎn)生的電壓損耗的差別，已經(jīng)大到無法僅僅用發(fā)電機(jī)調(diào)壓或無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉頋M足兩種運(yùn)行方式下用戶電壓的要求了，其結(jié)果不是高峰負(fù)荷時(shí)用戶電壓太低，就是低谷負(fù)荷時(shí)電壓太高。在這種情況下，輸電系統(tǒng)中的一級變壓器或多級變壓器，采用有載調(diào)壓是保證用戶電壓質(zhì)量最有效的辦法。

四、電壓自動控制系統(tǒng)(AVC)

AVC是自動電壓控制(Automatic Voltage Control)的簡稱，它是利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，對電網(wǎng)中的無功資源以及調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行自動控制，以達(dá)到保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

AVC裝置的功能是：(AVC)裝置作為電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化系統(tǒng)中分級控制的電壓控制實(shí)現(xiàn)手段，是針對負(fù)荷波動和偶然事故造成的電壓變化迅速動作來控制變電站的電壓控制，保證向電網(wǎng)輸送合格的電壓和滿足系統(tǒng)需求的無功。同時(shí)接受來自省調(diào)度通訊中心的上級電壓控制命令和電壓整定值，通過電壓無功優(yōu)化算法計(jì)算并輸出以控制發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的整定點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度控制。系統(tǒng)控制目標(biāo)與原則是根據(jù)功率因數(shù)合格，所有電壓監(jiān)測點(diǎn)電壓在合格范圍，無功就地平衡，優(yōu)先級：電壓〉功率因數(shù)〉無功平衡。

自動化投切系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地、有效地、適時(shí)地改善線路無功功率的需求，互相配合，協(xié)調(diào)操作，使電網(wǎng)運(yùn)行十分平穩(wěn)，補(bǔ)償非常及時(shí)可靠。這樣就能夠有效地降低變壓器和輸電線路的損耗，提高變壓器的出力。