設計電力係統無功功率的基本要素

設計電力係統無功功率的基本要素
在設計電力係統的無功功率時，還需要考慮如下的一些基本要素：
不使超高壓長距離線路的甩負荷過電壓超過一定允許值(穩態工頻過電壓值）
保證電網的送電穩定性。這是對電網最低電壓水平的限製。為了在各種可能的正常運行和規定事件後的電網運行方式下，保持運行中的所有輸電線路都有一定的穩定裕度因而要求各樞紐變電所電壓能保持高於一定的最低水平。事故一般考慮N-1，也有的考慮嚴重些N-2。世界上發生了不止一次因電壓問題引起的係統大事故，這點會在以後電網大停電部分提及，電力係統穩定部分也會涉及。
直流輸電的需要。直流輸電的換流裝置無論以整流器方式或逆變器方式運行時，都將從交流側吸收無功功率，這一部分無功需求相當大，也是直流輸電係統需要重點考慮的內容。
解放發電機和同步調相機的無功功率能力，使之留作事件後的緊急補償需要。如並聯電容器作為正常時的無功功率補償，完成正常運行時校正電壓的任務，而把發電機之類的旋轉無功容量空出來作為事故備用。這也是國外係統的一種普遍做法。
對於無功功率的事故緊急備用問題，可以和電網有功功率的備用情況作比較。在有功功率的安排上，必須留有足夠的調峰容量、調頻容量、運行備用容量以及當發生大功率缺口時的按頻率降低自動減負荷。電網的無功功率安排，客觀上也完全有同樣類似的要求，但卻一直不如有功功率那樣明確。
就電網特性而論，兩者最大的不同在於: 對於頻率，是全網一致，電網中任一點的有功電源和有功負荷的增減對電網頻率變化都起到基本同樣的影響; 而對於電壓，則是區域性乃至逐點式的，各點的無功電源和無功負荷對電壓變化的影響，主要是就地的，因而必須分層分區安排和調節，使無功電源與無功負荷基本逐點對應。所以當著電網發生了大的無功功率缺額的時候，在現實生活中卻很難按照處理有功功率缺額相類似的原則去處理。
所以這就導致實際生產中，發生較大事故時無功電壓調節相當困難，導致電壓崩潰等嚴重後果。
對於高壓電網，需要製訂專門的無功功率規劃，除了主要由地區電廠供應地區負荷的小係統外，一般都需要在全係統的基礎上進行無功功率補償設備的協調配置。許多係統的做法，首先是按係統峰負荷時運行方式，決定配置無功功率的補償容量; 然後按係統低穀負荷時的運行方式進行校核，決定線路充電功率的吸收容量及其實現手段。
無功功率補償的設計，一般需要研究兩大類係統結構情況下的三種運行方式。兩大 類係統結構：正常和N-1；三種運行方式：大負荷，小負荷，潮流倒送方式。
係統無功設計時，還有一些細節問題：
500kV雙回線在運行中突然斷開一回，其後果是原來由斷開那回線傳輸的有功功率將立即轉移到保留在運行中的一回線上來。由於保留在運行中的那回線的電流突然增大，線路的無功損耗將成平方地增大。同時還失去了原來一回線的充電功率，這個缺額不小而且必須由兩側係統立即提供補償。瑞典1983年12月17日的大停電事故就是由於主輸電線路跳閘，受端無功補償能力不足引發的。
在運行的電網中，為了解決這類問題，可以采取連切部分送端機組，或在條件合適的情況下連切部分受端負荷，以減少通過保留運行線路中的傳輸電力，以保持事件後係統的穩定運行。但是這種後備措施，(//www.gdzxks.com/ 版權所有)應當留給生產運行係統，以應付實際可能出現的比設計係統時選取的更為嚴重的情況下的事件。
高低壓電磁環網運行中高壓線路突然因故斷開。例如500kv與220kV線路或220 kV與110kV線路並行運行。在我國，這種情況都發生在新出現高一級電壓電網的初期，在這樣的並聯環網上傳輸有功功率，大部分將通過高壓網一邊的線路。如果傳輸的有功功率較大，當環網中高壓線路因故障斷開後，通過並聯低壓線路傳送的電力，將立即增大到遠遠大於它的自然功率，其後果，或者立即引起同步運行穩定性破壞，或者受端係統電壓崩潰，或者因超過線路的熱容量功率而燒斷線路。這些事故，在我國的運行電網中，都分別不止一次的發生過，是嚴重的事故後運行情況。所以這種高低壓電磁環網設計時必須避免。
是否要利用500kV線路的充電功率。一般來說不會利用，在輕負荷情況下，無論采用高壓並聯電抗器或是采用低壓並聯電抗器，總需要恰當地予以補償。對比電網出現低電壓的情況，對於生產運行係統說來，如果沒有設備條件，電網出現高電壓會成為一種不可控的嚴重現象。長期不可控的高電壓，會給電力設備的安全運行帶來很大的威脅。
線路高壓電抗器的補償容量，可以考慮選擇為線路充電容量的70%左右，長線路可在線路兩端各設一組，中短線路可隻在線路一側裝設。這樣，當線路傳送功率為自然功率的55%左右，線路本身的無功功率適相平衡，而當偏離此值時，兩側係統隻需提供不大的無功補償功率。