电网中无功功率补偿研究

中国高新技术企业

电网中无功功率补偿研究

文／郭小会

【摘要】根据用电设备的电磁感应工作原理，分析了影响功率因数的主要因素，提出了补偿的一般方法。

功率因数

补偿

【关键词】电磁感应

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的＂无功＂并不是＂无用＂的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率Ｐ与视在功率Ｓ的比值，称为功率因数ｃｏｓφ，其计算公式为：ｃｏｓφ＝Ｐ／Ｓ＝Ｐ／（Ｐ２＋Ｑ２）１／２在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

影响功率因数的主要因素１、

感应电炉、交流电焊机（１）大量的电感性设备，如异步电动机、

等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了６０％～７０％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的６０％～

开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

（３）高压集中补偿：高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的６～１０ｋＶ高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

采取适当措施，设法提高系统自然功率因数３、

提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

７０％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

（１）合理使用电动机；

（２）提高异步电动机的检修质量；

（３）采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网＂吸取＂无功，在过励状态时，定子绕组向电网＂送出＂无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是＂异步电动机同步化＂。

（２）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的１０％～

１５％，它的空载无功功率约为满载时的１／３。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

（３）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的１０％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的１１０％时，一般无功将增加３５％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

无功补偿的一般方法２、

无功补偿通常采用的方法主要有３种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这３种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

（４）合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低

的配变，一般采取＂撤、换、并、停＂等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。

无功电源４、

电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这４种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。电动机及调相机３种。（１）同步电机：同步电机中有发电机、

①同步发电机：同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：Ｑ＝Ｓ×视在功率、有功功ｓｉｎφ＝Ｐ×ｔｇφ其中：Ｑ、Ｓ、Ｐ、φ是相对应的无功功率、

率和功率因数角。发电机正常运行时，以滞后功率因数运行为主，向系统提供无功，但必要时，也可以减小励磁电流，使功率因数超前，即所谓的＂进相运行＂，以吸收系统多余的无功。

②同步调相机：同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网

（１）低压个别补偿：低压个别补偿就是根据个别用电设备对无

功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行（如大中型异步电动机）的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

（２）低压集中补偿：低压集中补偿是指将低压电容器通过低压

－８４

－信息科技

中国高新技术企业

运行。三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

③并联电容器：并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无

功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网＂发？ｑｕｏｔ；无电压、电容器容功功率：Ｑ＝Ｕ２／Ｘｃ其中：Ｑ、Ｕ、Ｘｃ分别为无功功率、抗。并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。

⑤静止无功发生器：它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。

④静止无功补偿器：静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于

（作者单位系邢台县供电公司）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（上接８３页）

面就他们所采用的关键技术和算法作详尽说明。

动终端通过ＧＳＭ网络提供的寻址方案和运营商的具体网间互通协议实现全球网间通信。

⑴数据采集

数据采集主要分为如何使ＧＰＲＳ模块登录自己的数据中心、系统如何与下位机的ＧＰＲＳ模块通讯两部分。

ＧＰＲＳ允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

ＧＰＲＳ模块登陆网络与数据接收都采用事件驱动，只要满足触发事

件的条件，此事件就会启动，ＧＰＲＳ控件的这两个事件触发条件是，只要有新ＧＰＲＳ模块连接到网络上，就触发ＧＰＲＳ模块登录网络事件，如果有其他通讯数据，就触发数据接收事件，所以用户关心的终端上传的数据在何处存放的问题就解决了，数据就在事件的参数中。

在启动服务的时候，系统会需要两个参数，一个为数据中心的

ＧＰＲＳ网络是在现有ＧＳＭ网络中增加ＧＧＳＮ（ＧａｔｅｗａｙＧＰＲＳＳｕｐｐｏｒｔＮｏｄｅ，ＧＰＲＳ网关支持结点）和ＳＧＳＮ（ＳｅｒｖｉｎｇＧＰＲＳＳｕｐｐｏｒｔｉｎｇＮｏｄｅ，ＧＰＲＳ服务支持结点）来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。

对于具有ＧＰＲＳ业务功能的移动终端，它本身具有ＧＳＭ和ＧＰＲＳ业务运营商提供的地址，这样，分组公共数据网的终端利用数据网识别码即可向ＧＰＲＳ终端直接发送数据。另外ＧＰＲＳ支持与基于ＩＰ的网络互通，当在ＴＣＰ连接中使用数据报时，ＧＰＲＳ提供ＴＣＰ／ＩＰ报头的压缩功能。

ＩＰ地址，一个为网络端口号。数据中心软件系统必须主动启动服务，ＧＰＲＳ模块才可能登录到ＧＰＲＳ网络。

ＧＰＲＳ模块登录数据中心，上位机以事件的方式接收上传的ＩＤ号。此时，上位机可以利用此ＩＤ号和指定的命令字发送接收数据的请求。

如果下位机有数据上传时，就会触发数据接收的事件，并将ＩＤ号一块传上来，这样用户能够分辨出是哪个设备传上来的。而且，上传数据时，会将ＡＳＣＩＩ方式的数据和ＨＥＸ方式的数据一块传上来，用户想用什么数据自己决定。

２．２数据库技术

ＤＡＯ是数据访问对象（ＤａｔａｂａｓｅＡｃｃｅｓｓＯｂｊｅｃｔｓ）的英文缩写，它是第一个面向对象的接口，它采用了ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＪｅｔ数据库引擎（由

ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ所使用），并允许ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ开发者通过ＯＤＢＣ像直接连接到其他数据库一样，直接连接到Ａｃｃｅｓｓ表。ＤＡＯ最适用于单系统应用程序或小范围本地分布使用。

３．结束语

通过把ＧＰＲＳ技术引入到热力系统远程抄表中，很好地解决了人工抄表在实效性、准确性方面的问题，同时也满足了未来社会对于热力系统抄表在快捷性、方便性等方面的要求。

⑵历史数据处理

接收到的数据，按照事先约定的热量信息协议格式进行一定的转换和提取，分字段存入数据库中，并根据需要进行数据表格的管理、显示和打印。系统采用ＤＡＯ技术和ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＡｃｃｅｓｓ数据库，数据库的逻辑结构分为楼栋信息表结构和各户信息表结构。

楼栋信息表结构的字段包括：楼号、各单元供水温度、各单元回水温度、各单元累积热量、各单元累积流量、各单元运行天数、各单元瞬时流量、供回水压力、室外温度、供回水温度、累积热量、累积流量、运行天数。

各户信息表结构的字段包括：房号、采集时间、出口温度、采样温度、累积分配值、运行天数。

为便于数据的查询和显示，所有数据采用文本类型，各字段的大小根据具体的应用需求定义。

对数据库的具体操作可以使用ＤＡＯ对象库提供的所有对象进行实现。

参考文献

［１］ＭＣＧＲＡＷ－ＨＩＬＬ．ＧＰＲＳ：ＧＥＮＥＲＡＬＰＡＣＫＥＴＲＡＤＩＯＳＥＶＥＩＳＥ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００４，第１２３页至第１５６页．

［２］吕捷．ＧＰＲＳ技术［Ｍ］．北京：北京邮电大学出版社，２００１，第８９页至第１０１页．

［３］文志成．ＧＰＲＳ网络技术［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５，第５６页至第９８页．

２．关键技术２．１ＧＰＲＳ技术

ＧＰＲＳ是通用分组无线业务（ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ）的英文简称，是在现有ＧＳＭ系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为ＧＳＭ用户提供分组形式的数据业务，能广泛应用于ＩＰ域。其移

［４］汪晓平，钟军．ＶＩＳＵＡＬＢＡＳＩＣ网络高级编程［Ｍ］．北京：人民邮电

出版社，２００１，第７６页至第１１７页．

［５］ＶＩＳＵＡＬＢＡＳＩＣ数据库编程宝典［Ｍ］．ＷＡＹＮＥＦＲＥＥＺＥ．北京：电子工业出版社，２００１，第２３５页至第２９８页．

（作者单位系１燕山大学信息科学与工程学院

２河北科技大学信息科学与工程学院

３石家庄市自动化研究所４石家庄信息工程职业学院）

－

８５

－