李勇芳
（国网重庆市电力公司綦南供电分公司 401420）
摘要：对于电网而言，电压的稳定直接关系到输电质量和电力服务质量，同时也关系到电力系统的安全以及电力设施的使用寿命，因此有必要高度重视电网的电压与无功功率，并加强此方面的研究。本课题首先探讨了电压与无功功率的研究意义和现实作用，接着分析了电力系统无功功率的电源，主要包括同步发电机、静电电容器、同步调相机及同步电动机、静止无功功率补偿器四类，最后分析了电力系统的电压稳定措施，主要包括调整发电机、调整变压器、无功功率补偿设备调整、串联电容器调整四个方法。
关键词：电网电压；无功功率；作用；原则；措施
引言
当前我国中小电站在偏远地区的分布较为零散，主要表现为中小电网的电力服务质量过低，电力传输不够稳定，并且许多中小电站的发电系统不够完善，缺乏继电保护和二次保护装置，系统的安全系数低，这就导致国内的中小电网在供电时季节性波动较大，用电高峰时电压严重不稳，用电低谷时又导致电力严重浪费，严重时因过载而烧毁电力设施，因此有必要对电网的电压和无功功率控制进行研究，以稳定中小电网的电压，并降低电网的额外损耗。
1 电压与无功功率的重要作用
电力系统稳定性直接关系到输电质量和电力用户的用电体验，也直接关系到工业生产和居民生活质量，尤其是当前电力设施广泛的应用于社会各个环节，电力系统的稳定更是直接关系到区域经济与社会的安定与发展。电力系统稳定的最关键因素就是电压的质量，电力传输过程中必然会出现电能损耗和电压下降，则电压的稳定需要通过调节来实现，调解过程中又需要减少电能损耗，因此无功功率电源的引入是稳定电压的最佳调整方式。无功功率电源的运转不会额外的降低电压，同时还避免了调整电压过程中干扰功率稳定。从技术和经济上综合考虑，规定各类用户的允许电压偏移是完全必要的。我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为：
35KV及以上电压供电的负荷：±5％；
10KV及以下电压供电的负荷：±7％；
低压照明负荷：＋5％ －10％；
农村电网（正常）：＋7.5％ －10％；
（事故）：＋10％ －15％。
电力系统中无功功率平衡是保证电力系统电压质量的基本前提条件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于运行中的所有设备，要求系统无功功率电源所发出的无功功率（∑QG）与无功功率负荷（∑QD）及无功功率损耗（∑QL）相平衡，即：
∑QG=∑QD+∑QL
无功功率电源在电力系统的稳定中起到了重要作用，主要是通过提升电压质量和不增加系统功率的方式来实现系统平衡与稳定，同时还能够降低输电网络的有功损耗、虽然无功损耗的产生并不会带来额外的电压降损失，但是无功功率在传输过程中会将低电压和损耗功率，因此需要将无功功率电源合理的分配在各输电线路之间，从而最大限度的降低无功功率传输过程中带来的电压损耗问题，所以可以认为无功功率电源的合理配置能够提升电力系统的电压质量。
2 电力系统的无功功率电源
2.1 同步发电机
作为国内电力系统常用的主流电源，同步发电机既是有功功率电源，又是无功功率的基础电源，只有在其额定参数的条件下进行运转，该电源才能获得最大效率的使用，比如额定的电压、电流和功率等，为了保持整个电力系统的电压平衡，减少有功电力设施，可以在存在备用电源的前提下，削减部分同步发电机的功率因素，从而降低有功功率，增加无功功率，提升电力系统稳定性。
2.2 静电电容器
静电电容器从电力系统吸收容性的无功功率，也就是说可以向电力系统提供感性的无功功率，因此可视为无功功率电源。电容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器组，运行灵活。电容器的有功损耗小投资也节省。
2.3同步调相机
同步调相机实际上是空载运行的同步电动机，过励磁运行时向系统发出无功，欠励磁运行时吸收系统无功。额定容量定义为过励磁运行时的额定无功功率，而欠励磁容量通常为过励磁容量的50%。
2.4 静止无功功率补偿器
静止无功功率补偿器是一种发展很快的无功功率补偿装置。该补偿器的优势在于能够动态的维护电压稳定，由于功率的变化会导致电压与电流乘积值的变化，因此补偿器通过吸收电流的方式来确保电流与功率同步变化，从而避免了电压因功率的变化发生波动。这种方法能够使得剧烈的功率波动变成平滑的电流变化，从而极大的抑制了电压的波动范围和强度。
3 电力系统电压控制的方式
无功功率电源是实现系统无功功率平衡和电压稳定的关键所在，无功功率电源既可以不影响功率稳定，又可以提升系统电压的质量，电压质量的控制则主要通过调压来实现，电力系统的调压主要有以下方式：
3.1 通过发电机控制调压
控制发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压。发电机允许在端电压偏移额定值不超过±5%的范围内运行。对于由发电机直接供电的小系统，供电线路不长，输电线路上的电压损耗不大时，可以采用发电机直接控制电压方式，以满足用户负荷电压要求。它不需要增加额外的设备，是最经济合理的控制电压措施，应优先考虑。
3.2 通过变压器变比调压
一般电力变压器都有可以控制调整的分接抽头，调整分接抽头的位置可以控制变压器的变比。在高压电网中，各个节点的电压与无功功率的分布有着密切的关系，通过控制变压器变化来改变负荷节点电压，实质上是改变了无功功率的分布。变压器并不能直接实现电压的改变，也不能直接降低电压损耗，但是通过电压比的调节，可以实现无功功率的再分配，相当于将无功功率电源进行了优化分配，从而降低了输送电压的损耗，维护的电压质量和电力系统稳定，但是变压器本身并不属于无功功率电源范畴。
3.3 无功功率补偿设备调压
将电容器、同步调相机和静止无功补偿器等并联在电网上，在发出一定无功为目的的调压方式。这种调压方式是无功功率分层分区平衡的主要手段，可在用户端就地补偿，此时并联电容器能提供用户的功率因数，减小系统的网损。
3.4利用串联电容器控制调压
输电线路与变压器运行导致的电压损耗是造成电压变化的主要原因，因此电压偏离的调整就需要补偿电压损耗，其中串联电容器调压常用于低功率因素的输配电线率，如35和10KV输配电线路，通过容抗来补偿感抗，可以有效的降低线路输送中的电压损耗，提高输电线路末端电压值。
电网中电压的损耗通常可以近似的写成ΔU﹦（PR﹢QX）∕U。；从公式可以看出，影响电压损耗的因素有四个，即有功功率P、无功功率Q、输电线路电阻R和电抗X。从理论上说改变以上四个因素之一就可以改变电压损耗，也就可以调压。但是实际中使用的是串联电容、补偿电抗X进行调压。
结语：综上可知，电网的电压控制可以通过无功功率调整来实现，确保无功功率平衡以及电压稳定直接关系到电网输电质量，通过平衡电压可以降低电力系统损耗，提高发电与输电安全，为区域经济提供更好的电力服务。作为能源消耗大的产业，发电业如果能够进一步降低损耗、提高发电效率，就能够逐步的实现低碳、环保的发电站建设与运营，这对推动我国可持续发展具有重要意义。高效的发电站对经济发展和环境保护都意义重大，因此必须持续推进电力系统关于无功功率与电压调整的研究，促进我国电力事业的发展。
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[3] 黎海平.变电站电压无功功率控制原理及其定值整定[J].科技与企业，2014（06）：341-342.
论文作者:李勇芳
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：电压论文; 功率论文; 电力系统论文; 电网论文; 电源论文; 电容器论文; 稳定论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;