無(wú)功對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，肯定是非常非常重要的了，這塊其實(shí)內(nèi)容很多，就做一個(gè)簡(jiǎn)單的梳理總結(jié)，有一些工程實(shí)踐中的認(rèn)識(shí)，希望可以互相印證。

無(wú)功對(duì)應(yīng)電壓，有功對(duì)應(yīng)頻率，應(yīng)該是一個(gè)比較普遍大概的認(rèn)識(shí)，當(dāng)然沒(méi)錯(cuò)。所以無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)是密不可分的，也是調(diào)度考核的重要指標(biāo)。

一、無(wú)功補(bǔ)償概述和原則

無(wú)功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的交換，并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線(xiàn)圈的電氣設(shè)備，要建立磁場(chǎng)，就要消耗無(wú)功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來(lái)發(fā)光外，還需80乏左右的無(wú)功功率供鎮(zhèn)流器的線(xiàn)圈建立交變磁場(chǎng)用。由于它不對(duì)外做功，才被稱(chēng)之為“無(wú)功”。

電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與無(wú)功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件， 首先是一些重要原則當(dāng)然很多是國(guó)網(wǎng)的原則，雖說(shuō)要擺脫國(guó)網(wǎng)思路束縛，但是有些好東西還是要保留。

分層分區(qū)補(bǔ)償原則： 有鑒于經(jīng)較大阻抗傳輸無(wú)功功率所產(chǎn)生的很大無(wú)功功率損耗和相應(yīng)的有功功率損耗，電網(wǎng)無(wú)功功率的補(bǔ)償安排宜實(shí)行分層分區(qū)和就地平衡的原則。所謂的分層安排，是指作為主要有功功率大容量傳輸即220--500 kV電網(wǎng)，宜力求保持各電壓層間的無(wú)功功率平衡，盡可能使這些層間的無(wú)功功率串動(dòng)極小，以減少通過(guò)電網(wǎng)變壓器傳輸無(wú)功功率時(shí)的大量消耗;而所謂分區(qū)安排、是指110k V及以下的供電網(wǎng)，宜于實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的分區(qū)和就地平衡。

電壓合格標(biāo)準(zhǔn)：

500kV母線(xiàn)：正常運(yùn)行方式時(shí)，最高運(yùn)行電壓不得超過(guò)系統(tǒng)額定電壓的+10%;最低運(yùn)行電壓不應(yīng)影響電力系統(tǒng)同步穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、廠(chǎng)用電的正常使用及下一級(jí)電壓調(diào)節(jié)。

發(fā)電廠(chǎng)和500kV變電所的220kV母線(xiàn)：正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓0～+10%;事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的的-5%～+10%。

發(fā)電廠(chǎng)和220kV變電所的110kV～35kV母線(xiàn)：正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為相應(yīng)系統(tǒng)額定電壓-3%～+7%;事故后為系統(tǒng)額定電壓的的±10%。

帶地區(qū)供電負(fù)荷的變電站和發(fā)電廠(chǎng)(直屬)的10(6)kV母線(xiàn)：正常運(yùn)行方式下的電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0～+7%。

無(wú)功補(bǔ)償配置原則：各電壓等級(jí)變電站無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組容量選擇，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，最大單組無(wú)功補(bǔ)償裝置投切引起所在母線(xiàn)電壓變化不宜超過(guò)電壓額定值的 2.5%,并滿(mǎn)足主變最大負(fù)荷時(shí)，功率因數(shù)不低于0.95。

以上只是大概的比例估計(jì)，具體工程的變電站的無(wú)功配置是需要通過(guò)計(jì)算的，計(jì)算分不同運(yùn)行方式(針對(duì)容性和感性)，無(wú)功計(jì)算一般是有無(wú)功交換的整個(gè)區(qū)域一起計(jì)算 ，主要與區(qū)域負(fù)荷、電廠(chǎng)和外部無(wú)功輸入、區(qū)域內(nèi)變電站進(jìn)出線(xiàn)充電功率有關(guān)。

無(wú)功不足應(yīng)采取的措施：

要求各類(lèi)用戶(hù)將負(fù)荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。

挖掘系統(tǒng)的無(wú)功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時(shí)閑置的發(fā)電機(jī)改作調(diào)相機(jī)運(yùn)行;動(dòng)員用戶(hù)的同步電動(dòng)機(jī)過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行等。

根據(jù)無(wú)功平衡的需要，增添必要的無(wú)功補(bǔ)償容量，并按無(wú)功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無(wú)功補(bǔ)償可采用靜電容電器;大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器。

電壓中樞點(diǎn)：指那些能夠反映和控制整個(gè)系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)(母線(xiàn))。

中樞點(diǎn)的無(wú)功電壓控制至關(guān)重要，一般根據(jù)實(shí)際情況選擇以下作為中樞點(diǎn)：(1)大型發(fā)電廠(chǎng)的高壓母線(xiàn);(2)樞紐變電所的二次母線(xiàn); (3)有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠(chǎng)母線(xiàn)。

二、無(wú)功補(bǔ)償來(lái)源和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備

1)同步發(fā)電機(jī)：同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。往往依照不同系統(tǒng)條件和不同的安裝位置，根據(jù)需要選擇不同的發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)。位于負(fù)荷中心附近的發(fā)電機(jī)組，宜于有較大的送出無(wú)功功率的能力，可以供應(yīng)正常負(fù)荷的部分無(wú)功功率需求外，還可以在正常時(shí)保留一部分作為事故緊急儲(chǔ)備，非常重要。

至于送端電廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)組，特別是遠(yuǎn)方電廠(chǎng)，由于無(wú)功功率不宜遠(yuǎn)送的規(guī)律，它發(fā)出的無(wú)功功率主要用以補(bǔ)償配出線(xiàn)路在重負(fù)荷期間的部分無(wú)功功率損耗，實(shí)現(xiàn)超高壓網(wǎng)無(wú)功功率的分層平衡。功率因數(shù)一般都較高。例如，巴西伊泰普水電.站中，有9臺(tái)765MW的機(jī)組接在交流側(cè)，經(jīng)900k m ,765kV交流線(xiàn)路到受端，機(jī)組的額定功率因數(shù)選為0. 95，另9臺(tái)7機(jī)通過(guò)直流線(xiàn)路到受端，其額定功率因數(shù)選為 0. 85 ,因?yàn)榍罢咧恍枰a(bǔ)償線(xiàn)路，后者還需要補(bǔ)償換流站的無(wú)功(換流站的無(wú)功需求相當(dāng)大)。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，接到超高壓電網(wǎng)特別是位于遠(yuǎn)方的發(fā)電機(jī)組需要具有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)相運(yùn)行能力(吸收無(wú)功)，使能在系統(tǒng)低負(fù)荷期間，吸收配出的超高壓線(xiàn)路的部分多余無(wú)功功率，以保持電廠(chǎng)送電電壓不超標(biāo)。這點(diǎn)在工程實(shí)踐中往往是一個(gè)后備方案，即機(jī)組的進(jìn)相運(yùn)行來(lái)調(diào)整電壓。我國(guó)一般現(xiàn)在機(jī)組都會(huì)做進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)。

2)輸電線(xiàn)路：輸電線(xiàn)路既能產(chǎn)生無(wú)功功率(由于分布電容)又消耗無(wú)功功率(由于串聯(lián)阻抗)。當(dāng)沿線(xiàn)路傳送某一固定有功功率，線(xiàn)路上的這兩種無(wú)功功率適能相互平衡時(shí)，這個(gè)有功功率，叫做線(xiàn)路的“自然功率”。這點(diǎn)應(yīng)該是較為基本的認(rèn)識(shí)，所以有功潮流大的線(xiàn)路，無(wú)功消耗也大，自然產(chǎn)生較少無(wú)功;空載線(xiàn)路也最容易貢獻(xiàn)無(wú)功，從而抬升電壓。尤其是500kV層面小負(fù)荷方式下容易無(wú)功剩余。

3)變壓器：變壓器是消耗無(wú)功功率的設(shè)備。除空載無(wú)功損耗外，當(dāng)傳輸功率時(shí)，又通過(guò)串聯(lián)阻抗產(chǎn)生無(wú)功損耗。依前所述理由，通過(guò)變壓器傳送大量的無(wú)功功率在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)是力求避免的，當(dāng)變壓器短路阻抗大時(shí)更當(dāng)如此。通過(guò)變壓器傳送功率產(chǎn)生的電壓降，可以適當(dāng)選擇變壓器的電壓抽頭予以補(bǔ)償。

電壓器主要分為三類(lèi)：供電變壓器、電廠(chǎng)升壓變、電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變。

供電變壓器：不但向負(fù)荷提供有功功率，也往往同時(shí)提供無(wú)功功率，而且一般短路阻抗也較大。對(duì)于直接向負(fù)荷中心供電的變壓器，宜于配置帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭，在實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率分區(qū)就地平衡的前提下，隨著地區(qū)負(fù)荷的增減變化，配合地區(qū)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備并聯(lián)電容器及低壓電抗器的投切，以隨時(shí)保證對(duì)用戶(hù)的供電電壓質(zhì)量，這點(diǎn)國(guó)網(wǎng)電力系統(tǒng)導(dǎo)則中有規(guī)定。

對(duì)這類(lèi)變壓器是否要采用隨電壓而自動(dòng)調(diào)壓分接頭，國(guó)際上并無(wú)統(tǒng)一做法。因?yàn)樽儔浩髯詣?dòng)調(diào)壓的作用不總是積極的，如果在系統(tǒng)無(wú)功功率缺傾很大的時(shí)候，也一定要保持負(fù)荷的電壓水平而調(diào)整電壓分接頭，勢(shì)必將無(wú)功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主電網(wǎng)，從而可能引起重大系統(tǒng)事故。如19 78年12月19日法國(guó)大停電事故，1983年12月27日的瑞典大停電事故和1987年7月23日日本東京系統(tǒng)大停電事故的起因，都直接與供電變壓器自動(dòng)調(diào)電壓分接頭有關(guān)。本質(zhì)上原因在于這只是一種間接手段，但不能改變系統(tǒng)的無(wú)功需求平衡狀態(tài)。

發(fā)電機(jī)升壓變：這一類(lèi)變壓器是否配電壓分接頭和是否帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓分接頭，沒(méi)有定論，發(fā)電機(jī)本身已經(jīng)是很方便的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備，在升壓變壓器上配電壓分接頭似乎并沒(méi)有什么特殊必要。當(dāng)然，各個(gè)系統(tǒng)有各自的傳統(tǒng)習(xí)慣和做法。

主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變壓器：這一類(lèi)變壓器的特點(diǎn)是容量大，如500 /220/35主變。在研究這一類(lèi)變壓器是否應(yīng)當(dāng)裝設(shè)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)的電壓分接頭時(shí)，有兩個(gè)特點(diǎn)值得考慮，第一，無(wú)功功率補(bǔ)償和調(diào)節(jié)能力的分層平衡，決定了作分連接兩大主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)變壓器，原則上不應(yīng)承擔(dān)層間交換大量無(wú)功功率的任務(wù)，而單純因有功負(fù)荷變化所造成的電壓變化則較小，第二，一般地說(shuō)，因?yàn)檫B接的是主電網(wǎng)，每一側(cè)到變壓器母線(xiàn)的短路電流水平都相當(dāng)高，都將遠(yuǎn)大于變壓器本身的容量，調(diào)節(jié)變壓器的電壓分接頭已經(jīng)失去了可以有效調(diào)節(jié)母線(xiàn)電壓的作用。1982年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議變壓器委員會(huì)提出過(guò)一份報(bào)告，特別指出了有了帶負(fù)荷調(diào)節(jié)電壓分接頭，不僅它本身不可靠，同時(shí)還增加了變壓器整體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。當(dāng)然這也不是絕對(duì)的，也需要視具體情況而定。

4)并聯(lián)電容器：并聯(lián)電容器早已廣泛地用于較低電壓的供配電網(wǎng)和用戶(hù)，又稱(chēng)低容，用于補(bǔ)充無(wú)功。最大特點(diǎn)是價(jià)格便宜而又易于安裝維護(hù)。國(guó)際上，各大電力系統(tǒng)都是逐年不斷地大且增加采用并聯(lián)電容器，大多數(shù)是為了控制負(fù)荷功率因數(shù)，也有一些接到主變壓器三次側(cè)作為無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)的手段。并聯(lián)電容器的性能缺陷是，它的輸出功率隨母線(xiàn)電壓降低而成平方地降低，這在電壓低的情況下將可能導(dǎo)致惡性循環(huán)。

5)并聯(lián)電杭器：并聯(lián)電抗器是吸收無(wú)功功率的設(shè)備。500kV線(xiàn)路直接接到線(xiàn)路上，稱(chēng)為高抗，之前過(guò)電壓部分已經(jīng)提到過(guò)它的作用(限制工頻和操作過(guò)電壓，避免自勵(lì)磁、與中性點(diǎn)小電抗相配合，可以幫助超高壓長(zhǎng)距離線(xiàn)路在單相重合閘過(guò)程中易于消弧，從而保證單相重合閘成功);220kV線(xiàn)路一般裝在變壓器繞組三次側(cè)，為低抗。

6)串聯(lián)電容器： 又稱(chēng)串補(bǔ)，用于補(bǔ)償線(xiàn)路的部分串聯(lián)阻抗，從而降低輸送功率時(shí)的無(wú)功損耗，因而也是一種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。但串聯(lián)電容更是電力系統(tǒng)經(jīng)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)比較普遍采用的提高系統(tǒng)穩(wěn)定和送電能力的重要手段。南網(wǎng)運(yùn)用相當(dāng)多。

串聯(lián)電容器提升的末端電壓的數(shù)值QXC/V(即調(diào)壓效果)隨無(wú)功負(fù)荷增大而增大、無(wú)功負(fù)荷的減小而減小，恰與調(diào)壓的要求一致。這是串聯(lián)電容器調(diào)壓的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)負(fù)荷功率因數(shù)高(cosφ>0.95)或?qū)Ь€(xiàn)截面小的線(xiàn)路，由于PR/V分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。

在高壓系統(tǒng)中采用串聯(lián)補(bǔ)償，也有一些困難。一是補(bǔ)償站本身的復(fù)雜性，要求能在故障切除后即時(shí)再投入串聯(lián)電容和對(duì)串聯(lián)電容器本身的保護(hù)。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的氧化鋅非線(xiàn)性電阻保護(hù)系統(tǒng)，有助于解決這方面的困難，其次是增加了繼電保護(hù)的困難，傳統(tǒng)的距離保護(hù)用在串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路上遇到一些特殊的問(wèn)題;第三，要解決汽輪發(fā)電機(jī)組配出串聯(lián)補(bǔ)償線(xiàn)路可能產(chǎn)生的次同步諧振問(wèn)題(這塊是一個(gè)獨(dú)立課題，出現(xiàn)過(guò)不少事故)。

7)同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)是最早采用的一種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，現(xiàn)在基本不采用。但為了適應(yīng)電網(wǎng)穩(wěn)定以及直流輸電的需要，在一些情況下仍然具有它的特定作用。

8)靜止補(bǔ)償器SVC: 靜止補(bǔ)償器有電力電容器和可調(diào)電抗并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無(wú)功功率，電抗器可吸收無(wú)功功率，根據(jù)調(diào)壓需要，通過(guò)可調(diào)電抗器吸收電容器組中的無(wú)功功率，來(lái)調(diào)節(jié)靜止補(bǔ)償其輸出的無(wú)功功率的大小和方向。靜止補(bǔ)償器能快速平滑的調(diào)節(jié)無(wú)功功率，以滿(mǎn)足無(wú)功補(bǔ)償裝置的要求。這樣就克服了電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置只能做電源不能作負(fù)荷且不能連續(xù)調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。但其也不適用于一個(gè)受端系統(tǒng)很弱的電網(wǎng)中，因?yàn)槠淙萘繉㈦S母線(xiàn)電壓下降而成平方地降低。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)靜止補(bǔ)償器主要是一種反應(yīng)迅速的無(wú)功功率調(diào)節(jié)手段。和同步調(diào)相機(jī)比較，雖然造價(jià)相當(dāng)，但靜止補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)遠(yuǎn)為快速，’這是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。而為了能發(fā)揮它在需要時(shí)的無(wú)功功率快速調(diào)節(jié)能力，至于因正常負(fù)荷變動(dòng)引起的電壓變化，過(guò)程比較緩慢，用一般的便宜得多的電容器與電抗器投切等，完全可以滿(mǎn)足要求，沒(méi)有必要選用這種高性能的設(shè)備。所以一般用于負(fù)荷沖擊大的節(jié)點(diǎn)、電壓樞紐節(jié)點(diǎn)、功率容易波動(dòng)的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)兩側(cè)以及事故緊急備用節(jié)點(diǎn)。

至于更為先進(jìn)的TCSC、STATCOM等設(shè)備放在以后的柔性電力系統(tǒng)里面提及。

三、系統(tǒng)無(wú)功設(shè)計(jì)

1) 系統(tǒng)各點(diǎn)允許的最高長(zhǎng)期運(yùn)行電壓，受接入電力設(shè)備絕緣水平和變壓器飽和的限 制。例如在我國(guó)，規(guī)定500kV電網(wǎng)的最高長(zhǎng)期運(yùn)行電壓為550kV，變壓器的最高運(yùn)行電壓不得超過(guò)相應(yīng)電壓分接頭額定值的105%等。

2)系統(tǒng)各點(diǎn)的最低運(yùn)行電壓，決定于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要和變壓器帶負(fù)荷電壓分接頭的調(diào)正范圍的要求，對(duì)于發(fā)電廠(chǎng)，還受廠(chǎng)用電要求的制約。

3)國(guó)外大多數(shù)電力系統(tǒng)考慮，允許的電壓波動(dòng)范圍都在額定值的±5%-±10%的范圍(正常和N-1方式)

在設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率時(shí)，還需要考慮如下的一些基本要素：

不使超高壓長(zhǎng)距離線(xiàn)路的甩負(fù)荷過(guò)電壓超過(guò)一定允許值(穩(wěn)態(tài)工頻過(guò)電壓值)

保證電網(wǎng)的送電穩(wěn)定性。這是對(duì)電網(wǎng)最低電壓水平的限制。為了在各種可能的正常運(yùn)行和規(guī)定事件后的電網(wǎng)運(yùn)行方式下，保持運(yùn)行中的所有輸電線(xiàn)路都有一定的穩(wěn)定裕度因而要求各樞紐變電所電壓能保持高于一定的最低水平。事故一般考慮N-1，也有的考慮嚴(yán)重些N-2。世界上發(fā)生了不止一次因電壓?jiǎn)栴}引起的系統(tǒng)大事故，這點(diǎn)會(huì)在以后電網(wǎng)大停電部分提及，電力系統(tǒng)穩(wěn)定部分也會(huì)涉及。

直流輸電的需要。直流輸電的換流裝置無(wú)論以整流器方式或逆變器方式運(yùn)行時(shí)，都將從交流側(cè)吸收無(wú)功功率，這一部分無(wú)功需求相當(dāng)大，也是直流輸電系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。

解放發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)的無(wú)功功率能力，使之留作事件后的緊急補(bǔ)償需要。如并聯(lián)電容器作為正常時(shí)的無(wú)功功率補(bǔ)償，完成正常運(yùn)行時(shí)校正電壓的任務(wù)，而把發(fā)電機(jī)之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)無(wú)功容量空出來(lái)作為事故備用。這也是國(guó)外系統(tǒng)的一種普遍做法。

對(duì)于無(wú)功功率的事故緊急備用問(wèn)題，可以和電網(wǎng)有功功率的備用情況作比較。在有功功率的安排上，必須留有足夠的調(diào)峰容量、調(diào)頻容量、運(yùn)行備用容量以及當(dāng)發(fā)生大功率缺口時(shí)的按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷。電網(wǎng)的無(wú)功功率安排，客觀(guān)上也完全有同樣類(lèi)似的要求，但卻一直不如有功功率那樣明確。

就電網(wǎng)特性而論，兩者最大的不同在于: 對(duì)于頻率，是全網(wǎng)一致，電網(wǎng)中任一點(diǎn)的有功電源和有功負(fù)荷的增減對(duì)電網(wǎng)頻率變化都起到基本同樣的影響; 而對(duì)于電壓，則是區(qū)域性乃至逐點(diǎn)式的，各點(diǎn)的無(wú)功電源和無(wú)功負(fù)荷對(duì)電壓變化的影響，主要是就地的，因而必須分層分區(qū)安排和調(diào)節(jié)，使無(wú)功電源與無(wú)功負(fù)荷基本逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)。所以當(dāng)著電網(wǎng)發(fā)生了大的無(wú)功功率缺額的時(shí)候，在現(xiàn)實(shí)生活中卻很難按照處理有功功率缺額相類(lèi)似的原則去處理。

所以這就導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)生較大事故時(shí)無(wú)功電壓調(diào)節(jié)相當(dāng)困難，導(dǎo)致電壓崩潰等嚴(yán)重后果。

對(duì)于高壓電網(wǎng)，需要制訂專(zhuān)門(mén)的無(wú)功功率規(guī)劃，除了主要由地區(qū)電廠(chǎng)供應(yīng)地區(qū)負(fù)荷的小系統(tǒng)外，一般都需要在全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備的協(xié)調(diào)配置。許多系統(tǒng)的做法，首先是按系統(tǒng)峰負(fù)荷時(shí)運(yùn)行方式，決定配置無(wú)功功率的補(bǔ)償容量; 然后按系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行方式進(jìn)行校核，決定線(xiàn)路充電功率的吸收容量及其實(shí)現(xiàn)手段。

無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)，一般需要研究?jī)纱箢?lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況下的三種運(yùn)行方式。兩大 類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：正常和N-1;三種運(yùn)行方式：大負(fù)荷，小負(fù)荷，潮流倒送方式。

系統(tǒng)無(wú)功設(shè)計(jì)時(shí)，還有一些細(xì)節(jié)問(wèn)題：

500kV雙回線(xiàn)在運(yùn)行中突然斷開(kāi)一回，其后果是原來(lái)由斷開(kāi)那回線(xiàn)傳輸?shù)挠泄β蕦⒘⒓崔D(zhuǎn)移到保留在運(yùn)行中的一回線(xiàn)上來(lái)。由于保留在運(yùn)行中的那回線(xiàn)的電流突然增大，線(xiàn)路的無(wú)功損耗將成平方地增大。同時(shí)還失去了原來(lái)一回線(xiàn)的充電功率，這個(gè)缺額不小而且必須由兩側(cè)系統(tǒng)立即提供補(bǔ)償。瑞典1983年12月17日的大停電事故就是由于主輸電線(xiàn)路跳閘，受端無(wú)功補(bǔ)償能力不足引發(fā)的。

在運(yùn)行的電網(wǎng)中，為了解決這類(lèi)問(wèn)題，可以采取連切部分送端機(jī)組，或在條件合適的情況下連切部分受端負(fù)荷，以減少通過(guò)保留運(yùn)行線(xiàn)路中的傳輸電力，以保持事件后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是這種后備措施，應(yīng)當(dāng)留給生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，以應(yīng)付實(shí)際可能出現(xiàn)的比設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)選取的更為嚴(yán)重的情況下的事件。

高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行中高壓線(xiàn)路突然因故斷開(kāi)。例如500kv與220kV線(xiàn)路或220 kV與110kV線(xiàn)路并行運(yùn)行。在我國(guó)，這種情況都發(fā)生在新出現(xiàn)高一級(jí)電壓電網(wǎng)的初期，在這樣的并聯(lián)環(huán)網(wǎng)上傳輸有功功率，大部分將通過(guò)高壓網(wǎng)一邊的線(xiàn)路。如果傳輸?shù)挠泄β瘦^大，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中高壓線(xiàn)路因故障斷開(kāi)后，通過(guò)并聯(lián)低壓線(xiàn)路傳送的電力，將立即增大到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的自然功率，其后果，或者立即引起同步運(yùn)行穩(wěn)定性破壞，或者受端系統(tǒng)電壓崩潰，或者因超過(guò)線(xiàn)路的熱容量功率而燒斷線(xiàn)路。這些事故，在我國(guó)的運(yùn)行電網(wǎng)中，都分別不止一次的發(fā)生過(guò)，是嚴(yán)重的事故后運(yùn)行情況。所以這種高低壓電磁環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)必須避免。

是否要利用500kV線(xiàn)路的充電功率。一般來(lái)說(shuō)不會(huì)利用，在輕負(fù)荷情況下，無(wú)論采用高壓并聯(lián)電抗器或是采用低壓并聯(lián)電抗器，總需要恰當(dāng)?shù)赜枰匝a(bǔ)償。對(duì)比電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓的情況，對(duì)于生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)說(shuō)來(lái)，如果沒(méi)有設(shè)備條件，電網(wǎng)出現(xiàn)高電壓會(huì)成為一種不可控的嚴(yán)重現(xiàn)象。長(zhǎng)期不可控的高電壓，會(huì)給電力設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)很大的威脅。

線(xiàn)路高壓電抗器的補(bǔ)償容量，可以考慮選擇為線(xiàn)路充電容量的70%左右，長(zhǎng)線(xiàn)路可在線(xiàn)路兩端各設(shè)一組，中短線(xiàn)路可只在線(xiàn)路一側(cè)裝設(shè)。這樣，當(dāng)線(xiàn)路傳送功率為自然功率的55%左右，線(xiàn)路本身的無(wú)功功率適相平衡，而當(dāng)偏離此值時(shí)，兩側(cè)系統(tǒng)只需提供不大的無(wú)功補(bǔ)償功率。

四、運(yùn)行系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)

運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)電壓的控制，是安排和充分利用電網(wǎng)中的無(wú)功功率補(bǔ)償容最和調(diào)節(jié)能力， 隨時(shí)保持正常運(yùn)行情祝下和事故情況后電網(wǎng)中各樞紐點(diǎn)電壓值不超過(guò)規(guī)定限頰，并保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

主要的調(diào)壓設(shè)備：發(fā)電機(jī)、變壓器和其它無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備(如并聯(lián)電容器/電抗器和SVC等)、直流輸電系統(tǒng)。

調(diào)壓的主要手段：1)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓，2)調(diào)節(jié)變壓器的分接頭，3)調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功投切容量，4)發(fā)電機(jī)、變壓器與無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的組合調(diào)壓。

調(diào)壓的空間范圍：?jiǎn)蝹€(gè)發(fā)電廠(chǎng)變電站的VQC控制，多個(gè)廠(chǎng)站的AVC控制，全局的綜合無(wú)功協(xié)調(diào)三級(jí)控制。

調(diào)壓的時(shí)間范圍：?jiǎn)蝹€(gè)時(shí)段(單一負(fù)荷水平)的靜態(tài)控制、多個(gè)時(shí)段(多種負(fù)荷水平的動(dòng)態(tài)控制)。

其中有一點(diǎn)，無(wú)功優(yōu)化的研究很多，文章很多，但在實(shí)際工程中卻基本沒(méi)有應(yīng)用，既有操作問(wèn)題，又有若干尚待明確的調(diào)節(jié)原則問(wèn)題。例如，當(dāng)運(yùn)行條件變化，要維持系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化，根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功功率與電壓分布的特點(diǎn)，勢(shì)必要求全系統(tǒng)各點(diǎn)的各種無(wú)功功率調(diào)節(jié)手段與電壓調(diào)節(jié)手段頻繁動(dòng)作，而如果沒(méi)有高度發(fā)達(dá)的電力通信網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化條件，實(shí)際上就辦不到。又例如，和頻率調(diào)節(jié)不一樣，無(wú)功功率的調(diào)節(jié)和壓調(diào)節(jié)不可能完全依靠同步機(jī)和靜止補(bǔ)償器，因而無(wú)法做到均勻細(xì)調(diào);由于不可能建立全網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)，只能以就地側(cè)量電壓為依據(jù)，這些累計(jì)的測(cè)量誤差勢(shì)必給優(yōu)化帶來(lái)影響，如此等等。

比較現(xiàn)實(shí)的做法是，在留足事故緊急備用的前提下，盡可能使系統(tǒng)中的各點(diǎn)電壓運(yùn)行于允許的高水平，不但有利于系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，也可獲得接近于優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益 。

在一些國(guó)家的電力系統(tǒng)中還配置了二次電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理電壓?jiǎn)栴}。在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率及電壓的區(qū)域性集中控制，如法國(guó)電網(wǎng)，很有代表和借鑒意義。在法國(guó)系統(tǒng)中，共有三個(gè)控制層(一次、二次及三次)。一般地說(shuō)，電壓的快速無(wú)規(guī)則變化均由系統(tǒng)電廠(chǎng)機(jī)組的“一次作用”進(jìn)行補(bǔ)償。這種一次作用要求快速(反應(yīng)時(shí)間數(shù)秒)，因而必須自動(dòng)。主要由機(jī)組的勵(lì)磁調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，其次靠400/225 kV變壓器的自動(dòng)電壓分接頭。為了處理電壓的慢變化，由“二次”與“三次”控制作用建立系統(tǒng)的新?tīng)顟B(tài)，二次控制所管理的是在一地區(qū)內(nèi)可資利用的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率，其反應(yīng)時(shí)間約為3-5min，目前，三次控制為手動(dòng)。從而取得全系統(tǒng)各點(diǎn)電壓的全面協(xié)調(diào)。

運(yùn)行實(shí)踐確認(rèn)了二次控制的優(yōu)點(diǎn)，即在正常情況下電壓得到了較好控制。這其實(shí)也引申出一個(gè)研究方向，就是無(wú)功電壓的控制方式(分散控制、集中控制、協(xié)調(diào)控制)

至于重要的電壓穩(wěn)定問(wèn)題，將在電力系統(tǒng)穩(wěn)定部分和大停電部分總結(jié)。

無(wú)功和電壓部分就總結(jié)這么多，其實(shí)工程實(shí)踐中涉及無(wú)功的方面非常多，非常值得重視，感覺(jué)沒(méi)有寫(xiě)出所有想說(shuō)的，以后想起了會(huì)補(bǔ)充，確實(shí)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。

原標(biāo)題:電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)