引言

電壓是衡量電能質(zhì)量指標(biāo)之一，電網(wǎng)運(yùn)行電壓質(zhì)量的優(yōu)劣，是配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、無功電源配置、無功實(shí)時控制以及運(yùn)行管理技術(shù)水平的綜合反映，也是發(fā)、供、用三方對無功控制協(xié)調(diào)能力的體現(xiàn)。在配電網(wǎng)運(yùn)行中，無功對電壓質(zhì)量影響極大，無功與電壓存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系，無功功率在潛移默化地影響電壓質(zhì)量。無功功率的不足或過剩都將引起配電網(wǎng)運(yùn)行電壓的下降或升高，在極端情況下還可能導(dǎo)致運(yùn)行電壓大幅度下降而出現(xiàn)“電壓崩潰”現(xiàn)象。

在確保配電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，從全網(wǎng)角度實(shí)施無功電壓的優(yōu)化可能控制，可實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償電容器的合理投切，以及減少主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，來實(shí)現(xiàn)無功分層就地平衡，確保配網(wǎng)運(yùn)行電壓的合格。為此，探索無功電壓的優(yōu)化控制方式并使之日臻完善，逐步規(guī)范形成一整套行之有效的管理體系，才能按配網(wǎng)無功負(fù)荷的需求，實(shí)時發(fā)出補(bǔ)償無功電容器的投切指令，確保無功分層就地平衡，維持配網(wǎng)運(yùn)行電壓的合格，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、傳統(tǒng)無功管理存在的弊端

無功是一種資源，是建立磁場和維持電磁能轉(zhuǎn)換的必備條件。無功和有功一樣是交流電能重要組成部分，形影相隨缺一不可，時刻陪伴和呵護(hù)著電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行提供支撐，為電網(wǎng)有功功率的輸送保駕護(hù)航。

在配電網(wǎng)運(yùn)行中，無功與電壓存在著較強(qiáng)的耦合關(guān)系，無功電流變化比有功電流變化對負(fù)載電壓影響大得多，而運(yùn)行電壓又隨線路輸送的有功與無功的比例而變化。為確保配電網(wǎng)運(yùn)行電壓的合格，則需對無功電壓進(jìn)行監(jiān)控與管理。然而傳統(tǒng)的無功電壓管理，僅依據(jù)運(yùn)行電壓變化情況而通過采用人工投切補(bǔ)償電容器(或與變壓器分接開關(guān)配合調(diào)節(jié))來改善電壓質(zhì)量。

傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)管理無功電壓，存在著諸多弊端：一是電力調(diào)度僅依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行采集參數(shù)，經(jīng)統(tǒng)計分析后下達(dá)補(bǔ)償電容器投切指令，這容易出現(xiàn)補(bǔ)償調(diào)節(jié)的之后，而使電壓波動時有發(fā)生;二是補(bǔ)償電容器僅憑電壓波動進(jìn)行投切，不僅無功補(bǔ)償量不準(zhǔn)確，而且還會產(chǎn)生頻繁交錯的投切操作;三是補(bǔ)償電容器的人工投切，不僅繁瑣費(fèi)時，而且還增加調(diào)度與操作人員工作量。

隨著科技進(jìn)步，不少變電站實(shí)行無人或少人值守，若無功電壓仍采用人工調(diào)節(jié)管理，操作人員要在接到調(diào)度指令后才去操作調(diào)節(jié)，然后調(diào)節(jié)操作后電網(wǎng)無功負(fù)荷又發(fā)生變化，則需要再次進(jìn)行調(diào)節(jié)操作。這不僅會產(chǎn)生交錯頻繁操作，而且繁瑣費(fèi)時調(diào)壓效果欠佳，另外，無功電壓管理采用人工操作，不能及時跟蹤電網(wǎng)無功負(fù)荷變化，無法達(dá)到實(shí)時的無功分層就地平衡，難以有效地改善運(yùn)行電壓質(zhì)量。

二、電壓質(zhì)量與電能損耗

電能從電源(發(fā)電廠)輸送到用戶，需經(jīng)輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)，而配電處于電力系統(tǒng)的末端。在配電網(wǎng)運(yùn)行中，由于供電網(wǎng)絡(luò)存在阻抗，電流通過線路、電器設(shè)備時，必然要產(chǎn)生熱量而造成電能損耗。配電網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生電能損耗，是與電壓等級、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線截面、負(fù)荷性質(zhì)、設(shè)備性能等有關(guān)，特別是運(yùn)行電壓偏移對電能損耗影響最大。若是運(yùn)行電壓降低15%，則電能損耗要增加30%。

配網(wǎng)運(yùn)行電壓偏移對各類用電設(shè)備的影響是不同的。對異步電動機(jī)而言，其對運(yùn)行電壓偏移十分敏感。當(dāng)電動和輸出功率一定時，它的定子電流、功率因數(shù)、效率等均隨供電電壓的偏移而變化的。異步電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與輸入電壓的平方成正比，當(dāng)供電電壓降低時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩將明顯變小，并造成轉(zhuǎn)差率、定子電流增大，溫升升高，運(yùn)行效率較低，電能損耗增加。反之，若供電電壓升高，對有鐵心之類的感性設(shè)備，其鐵心磁通密度增大，只是鐵心磁飽和，造成激磁電流增大，鐵心損耗增加，電設(shè)備發(fā)熱，運(yùn)行效率下降?？傊?，配網(wǎng)運(yùn)行電壓質(zhì)量優(yōu)劣，對電氣設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的電能損耗影響極大，則需通過采取有效措施來改善運(yùn)行電壓質(zhì)量。

三、無功平衡與電壓質(zhì)量

配電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行著各類的感性設(shè)備，其所需無功功率的多少與運(yùn)行電壓質(zhì)量有關(guān)。表征不同運(yùn)行電壓與感性設(shè)備所需無功功率之間關(guān)系，稱之為用電設(shè)備的無功——電壓靜特性。

配電網(wǎng)通過多回10KV饋線向用戶供電，每回饋線上均接有眾多用電設(shè)備，而它們的無功——電壓靜特性各異。配電網(wǎng)內(nèi)無功電源與感性負(fù)載往往不會裝置在同一地點(diǎn)，饋線上感性負(fù)載所需無功，則需通過線路將無功從無功電源送往無功需要處。當(dāng)饋線在某電壓下運(yùn)行，無功電源送往感性負(fù)載的無功功率必須等于，在該電壓下饋線上所有感性負(fù)載所需無功功率的總和。即任何時刻饋線運(yùn)行電壓的合格，完全取決于無功功率的就地平衡。

為實(shí)現(xiàn)無功功率的實(shí)時就地平衡，必須發(fā)揮電力調(diào)度功能，實(shí)時掌握饋線運(yùn)行中的電壓波動情況以及無功負(fù)荷需求量。在加大對饋線無功負(fù)荷檢測的同時，按饋線需求的無功量，下達(dá)補(bǔ)償電容器投切指令，確保無功滿足饋線上感性負(fù)載所需，維持無功就地平衡，以減少無功潮流。只有準(zhǔn)確地運(yùn)用調(diào)度手段，實(shí)時維持饋線上無功功率的就地平衡，才能實(shí)現(xiàn)饋線運(yùn)行電壓的合格，從而提高供電質(zhì)量。

四、無功補(bǔ)償與無功潮流

電力系統(tǒng)中輸配電線路上輸送的無功功率，稱之為無功潮流。配電網(wǎng)運(yùn)行中若無功潮流越大，則網(wǎng)損也隨之增大。配網(wǎng)饋線上無功電源與感性負(fù)載往往不裝設(shè)在同一地點(diǎn)，感性負(fù)載所需的無功功率，則需通過線路從無功電源送往感性負(fù)載處。在無功功率輸送過程中，必然會產(chǎn)生線路送端與受端的電壓差，若線路輸送無功功率愈多，則電壓差也愈大。為實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，則需運(yùn)行電力調(diào)度功能，實(shí)時根據(jù)配網(wǎng)運(yùn)行電壓變化以及無功潮流情況，科學(xué)合理地調(diào)配無功負(fù)荷，使配網(wǎng)在給定運(yùn)行方式下，確保饋線的無功就地平衡。為此，電力調(diào)度應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀及饋線上感性負(fù)載所需的無功量，實(shí)時下達(dá)補(bǔ)償電容器投切和主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令，使之達(dá)到無功就地平衡，減少無功潮流，改善運(yùn)行電壓質(zhì)量。

另外，為更好實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，也可在無功不足處實(shí)施無功補(bǔ)償，這也是實(shí)現(xiàn)無功就地平衡改善電壓質(zhì)量的有效措施。優(yōu)化無功補(bǔ)償，必須堅持“全面規(guī)劃、合理布局、分級補(bǔ)償、就地平衡”的原則，科學(xué)合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備，這不僅可減少上一級電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膲毫?，而且也可避免無功功率輸送而增加網(wǎng)損。

優(yōu)化無功補(bǔ)償，還要堅持分散就地補(bǔ)償和變電站集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主;電網(wǎng)補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，以用戶補(bǔ)償為主;高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合，以降損補(bǔ)償為主。對用戶低壓電動機(jī)或感性設(shè)備，以實(shí)施隨機(jī)隨器補(bǔ)償為主，促其自覺裝設(shè)無功補(bǔ)償電容器，通過對無功負(fù)荷監(jiān)管，促其實(shí)時投運(yùn)以提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量。與此同時，在配電網(wǎng)運(yùn)行中還要對網(wǎng)內(nèi)所有無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、檢測，以避免產(chǎn)生無功過償，若用戶無功補(bǔ)償過量，則將適得其反。無功補(bǔ)償過量會造成功率因數(shù)過高，無功倒送電網(wǎng)，也會造成電網(wǎng)運(yùn)行電壓升高而增加電能損耗。

隨著配網(wǎng)內(nèi)非線性設(shè)備投運(yùn)的不斷增加，其產(chǎn)生諧波對運(yùn)行電壓質(zhì)量，也會造成不利影響。尤其對容量315KVA及以上變壓器的用戶，除了強(qiáng)化無功補(bǔ)償制度化管理外，還要對諧波源進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控與治理，以提高電壓質(zhì)量。

五、分接開關(guān)與電壓調(diào)節(jié)

變壓器運(yùn)行中，通過改變分接開關(guān)的檔位，即改變變壓器一次和二次電壓變化，可起到調(diào)節(jié)輸出電壓的作用。運(yùn)行變壓器分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，不會改變系統(tǒng)中無功功率的大小，僅改變無功功率的分布。若采用分接開關(guān)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，只能在系統(tǒng)無功比較充?；蚺c基本平衡的前提下，方可取得良好的調(diào)壓效果。若是系統(tǒng)無功不足而采用切換分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，會使所需無功隨之增加，造成無功更大缺額，反而導(dǎo)致運(yùn)行電壓下降，這表明在系統(tǒng)無功不足時，采取切換分接開關(guān)是難以改善電壓質(zhì)量的效果。

從全網(wǎng)考慮，線路運(yùn)行電壓的合格，完全取決于線路上無功的就地平衡。若是在系統(tǒng)無功欠缺情況下，運(yùn)用分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，當(dāng)電壓偏低時，首先投入補(bǔ)償電容器，使線路達(dá)到無功基本平衡。若線路電壓仍然低于允許偏移值下限，此時再運(yùn)用主變分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使運(yùn)行電壓達(dá)到合格。為此，只有在線路無功基本平衡工況下，運(yùn)用分接開關(guān)進(jìn)行調(diào)壓，方能取得良好的調(diào)壓效果，維持線路運(yùn)行電壓的合格。

六、無功電壓的優(yōu)化控制

配電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用電負(fù)荷變化大而且分散，若要對每個用戶負(fù)載電壓偏移進(jìn)行檢測與控制，是不大容易實(shí)現(xiàn)的。但以全網(wǎng)運(yùn)行視角考慮，只有實(shí)時無功電壓的優(yōu)化控制，即能將受電端電壓控制在允許偏移范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)電能損耗的最小。

無功電壓的優(yōu)化控制方式有：分散控制和集中控制。

分散控制即在變電站10千伏母線裝設(shè)無功補(bǔ)償電容器，僅依據(jù)母線運(yùn)行電壓的高低，來決定補(bǔ)償點(diǎn)容器投切數(shù)量，以維持線路運(yùn)行電壓的合格。對裝設(shè)有有載調(diào)壓變壓器和集中無功補(bǔ)償電容器的聯(lián)合配合調(diào)節(jié)，方可取得良好的調(diào)壓效果。這種分散的控制方式，僅靠檢測母線電壓的高低進(jìn)行補(bǔ)償電容器的投切和改變分接開關(guān)檔位，來維持線路運(yùn)行電壓的合格。但這種控制方式是無法自動跟蹤電網(wǎng)無功負(fù)荷的變化，更無法實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓的最優(yōu)。

隨著電力電子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，運(yùn)用無功電壓優(yōu)化控制軟件，即可自動跟蹤電網(wǎng)無功負(fù)荷變化，而對無功電壓進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)無功電壓閉環(huán)控制和對全網(wǎng)無功潮流的實(shí)時動態(tài)管理。這種集中控制方式，不僅可減輕電力調(diào)度和運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，而且還能實(shí)時對無功補(bǔ)償電容量與主變分接開關(guān)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，避免無功補(bǔ)償?shù)闹?，維持饋線運(yùn)行電壓的實(shí)時合格，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

配電網(wǎng)采用無功電壓集中控制方式，是運(yùn)用優(yōu)化的集中控制軟件，可自動跟蹤電網(wǎng)無功負(fù)荷變化，實(shí)時對無功補(bǔ)償裝置和調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行動態(tài)管理。運(yùn)用計算機(jī)多項(xiàng)編程功能，自動進(jìn)行各種參數(shù)，經(jīng)計算分析后發(fā)出補(bǔ)償電容器投切和分接開關(guān)最佳檔位的指令，由終端裝置自動執(zhí)行，使之維持饋線運(yùn)行電壓的合格。這種集中控制方式，不僅避免人工調(diào)節(jié)無功的之后而引起電壓的波動，而且還能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電容器投切和分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少，及時達(dá)到無功就地平衡，減少無功潮流，改善電壓質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓的最優(yōu)，為配網(wǎng)安全運(yùn)行提供動態(tài)無功支撐。

七、結(jié)語

配電網(wǎng)運(yùn)行中，無功功率在潛移默化地影響著電壓質(zhì)量，無功補(bǔ)償是改善電壓質(zhì)量的基礎(chǔ)，而無功就地平衡則是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行電壓合格的條件。在配網(wǎng)運(yùn)行管理中，必須強(qiáng)化無功管理，創(chuàng)新無功電壓的控制方式。依靠科技進(jìn)步，運(yùn)用無功電壓自動控制軟件，可最大限度減少補(bǔ)償電容器投切和分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，使之達(dá)到無功就地平衡，為配網(wǎng)運(yùn)行提供動態(tài)無功支撐，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。