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[摘 要]本文旨在分析海上石油平台电力系统无功补偿过程，通过介绍电力系统的无功功率的基本原理、非线性元件的需求以及对其他设备的危害，阐述了无功补偿的必要性，然后介绍了电力系统无功补偿的安装以及进行无功补偿的装置，以及无功补偿的节能计算，从而使海上平台电力系统中的设备稳定安全高效节能地工作。
[关键词]无功功率；无功补偿；节能；分组补偿
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0079-02
随着国民经济的快速发展，人们对于物质生活的需求越来越高，对于石油的需求量也随之变大，陆地资源的枯竭逐步增大了海洋石油的开采力度，来满足人们日常生产生活的需求。海洋石油开采平台是个相对独立的环境，电力系统亦是如此，它不仅要承担平台上所有设备的变电配电工作，更要完成发电输电的功能，从而使得海上石油平台的电力系统变成了一个非常复杂的系统，设备之间耦合性强，一个负载投切时都会引起电力系统幅度较大的波动，所以对于要确保做好海上石油平台电力系统的无功补偿工作，确保平台的电力系统能为各个设备提供稳定的电压和功率，从而缓解电站的压力，提高供电效率和系统稳定性，达到改善供电环境和节能降耗的作用，来为海上石油平台上的设备提供安全稳定可靠的运行环境。
1.海上平台电力系统无功补偿及其必要性
海上石油平台内有很多非线性负载设备，如异步电动机、变压器、荧光灯等感性负载设备，由于这些设备自身的工作原理，决定了他们只有在无功功率的情况下才能正常工作，同时，海上石油平台的电力系统中，很多非线性的电器元件，如相控装置等，也需要消耗大量的无功功率，此外，电力系统内非线性设备产生的高次谐波也会消耗一部分的无功功率，所以，对于海上平台的电力系统来说，需要输送大量的无功功率才能保证各个非线性设备的正常工作。假如由海上平台的电力系统来产生无功功率并长距离输送的话，需要输电电缆两侧产生一定的电压差，然而这只能在一个很窄的范围内才能实现，所以对于非线性设备来说，所需要的无功功率必须在电网系统的消耗无功功率的地方产生，这就需要无功补偿的方式来实现。
当前，随着科学技术和生产工艺的不断提升，很多大容量的电潜泵投入到了海上石油平台的生产中，这给电站容量提出了很大的挑战，而无功补偿的方式不仅可以缓解电站容量的需求度，还可以提升设备的功率因数，对于提升电网稳定度和電能利用率具有很大的作用。
1.1.无功补偿的基本原理
对于电力系统而言，输出的功率包括有功功率和无功功率，海上石油平台的电力系统亦是如此。海上平台电力系统的输出功率一部分转化成了机械能和热能，驱动相应的设备进行石油开采相关的工作，另一部分的输出功率是不做功的，而是从电能转化成另外一种形式的能量存储起来并和电能实现周期性的转换，如电磁能。从能量学的角度来讲，电力系统中电流幅值与电压幅值的成绩为视在功率，而视在功率、有功能率以及无功功率又存在一些特殊关系，构成一个功率直角三角形，如图1.所示。
通常，又被成为功率因数，也就是电力系统输出功率的利用率，而无功补偿的目的就是提升设备的功率因数，提升电能的利用率，所以在电路中设计相应的装置，减少电流矢量与电压矢量之间的夹角，即可提升电路中设备的功率因数，这就是无功补偿的基本原理。
1.2.无功补偿的的必要性
对于海上平台电力系统的无功功率补偿是非常有必要的，首先由于平台内有很多非线性设备，必须在无功功率情况下才能正常工作，而电力系统不可能直接输送无功功率为其设备提供能量，所以必须在非线性负载消耗无功功率的地方进行无功补偿。同时，很多海上石油平台很多工作设备的功率因数较低，无功功率的会增加输电线总电流量和系统视在功率的，增加了变压器的容量消耗，引起变压器过载而发热，损耗其使用寿命，同时也降低了设备的功率因数，而总电流量的增加也增大了其他设备的电能损耗，造成电能浪费。此外，无功功率会增大电力系统的电压幅度变化，造成电网电流波动，从而降低电能供应的质量。所以对于海上平台电力系统内的无功补偿措施是非常有必要的。
2.海上平台电力系统无功补偿
对于海上平台电力系统的无功功率补偿，一般的方法是安装无功补偿电容和LC滤波器，这是传统的用来进行谐波抑制的无源滤波器，通过无功补偿电容和LC滤波器内的电感进行补偿使得电路中电流矢量和电压矢量的夹角变小，进而对电路进行无功补偿，提升电路设备的功率因数。但是这种无功补偿的方式容易受电网系统参数和运行状态的影响，很难对动态的无功功率进行动态补偿，所以必须采用新的设备装置来进行无功功率补偿。
2.1.无功补偿设备的安装
由于无功功率的输送不易实现，所以无功补偿设备的安装主要是针对无功功率消耗大或者设备功率因数较低的地方进行无功功率补偿。首先要对系统进行潮流计算，并根据结果确定电力系统中功率因数较低以及设备电压较低的地方，安装根据海上石油平台的环境的实际情况以及经济成本来选择是低压母线补偿或是中压补偿。同时，根据无功补偿装置的安装位置不同，可将无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿以及低压就地补偿。比如针对很多小功率的异步电动机，单个安装无功补偿装置进行就地补偿不太现实，则可以采用分组补偿的方式，按照区域特性或者供电特性分组，然后对每组的电动机群进行无功补偿，从而将无功电流限制在小的区域内，由于海上平台的电能输送距离较近，在此区域内的无功电流造成的损耗还是可以接受的。
2.2.无功补偿装置
作为海上平台电力系统无功补偿的装有有同步调相机、并联电容器、并联电抗器以及静止补偿器。其中同步调相机是一个去掉机械动力传送装置的同步电动机，它可以通过判断无功功率的需求来通过励磁发出其额定值的无功功率或者吸收电网内的其额定值一半的无功功率进行无功补偿。并联电容器是通过电容器件实现对电网无功补偿的设备，由于其补偿效率高、功耗低，操作简单，安装调试方便等优点使其成为当前电网中进行无功补偿的首选设备。并联电容器是通过吸收无功功率来进行无功补偿的装置，同时也用来限制电网系统内负荷的冲击性变化，从而增加了电网系统电能利用率和安全性。静止补偿器是一种对电力系统的冲击性负荷进行动态无功补偿的设备，通过可控电子器件来调节控制的电抗器与电容器并联，从而根据电网系统的负荷变化迅速调节电抗器，来实现电网系统的无功补偿以减弱电压波动，改善电网电能。如图1.所示，为常见的四中静止补偿器的基本形式。，从而对电力系统实现动态的无功负荷功率补偿，减少电力系统的过电压现象。
2.3.无功补偿分析
无功补偿最终的表现是提升了设备的功率因数，所以可以根据功率因数的改变来计算无功补偿节约的电能。
设P为有功功率，Q补偿前的无功功率，为补偿前的功率因数，QC为补偿后的无功功率，为补偿后的功率因数。
则有
通过Q与QC二者相减，即可算出无功功率的减少量，进而建设了系统输出功率的视在功率，节约了电能的消耗。
3.总结
海上平台电力系统的无功补偿主要是通过相应的无功补偿装置来改变电力系统中的电流矢量和电压矢量角来提升设备的功率因数，节约电能输出，同时通过无功补偿装置进行无功功率输出，为非线性设备提供能量，使其正常工作，从而确保海上平台的电力系统能够稳定正常节能高效地工作。
参考文献
[1] 张洪光.石油电动钻机的无功补偿及谐波治理[J].电气传动自动化，2009（05）.
[2] 柴荔.石油钻机电驱动系统谐波抑制和无功补偿研究[D].兰州理工大学，2009.
[3] 严明.电网系统无功功率补偿方法研究[J].电源技术应用，2013（10）.
[4] 魏澈，李强，万光芬.海洋石油电力系统无功补偿应用研究[J].2013（19）.
[5] 赵大伟.钻机无功补偿和谐波抑制控制器的研究与设计[D].中国石油大学，2009.
[6] 胡高峰，高金梅，宋珂全.无功补偿技术对低压电网功率因数的影响[J].中国电力教育，2011（15）.
[关键词]无功功率；无功补偿；节能；分组补偿
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0079-02
随着国民经济的快速发展，人们对于物质生活的需求越来越高，对于石油的需求量也随之变大，陆地资源的枯竭逐步增大了海洋石油的开采力度，来满足人们日常生产生活的需求。海洋石油开采平台是个相对独立的环境，电力系统亦是如此，它不仅要承担平台上所有设备的变电配电工作，更要完成发电输电的功能，从而使得海上石油平台的电力系统变成了一个非常复杂的系统，设备之间耦合性强，一个负载投切时都会引起电力系统幅度较大的波动，所以对于要确保做好海上石油平台电力系统的无功补偿工作，确保平台的电力系统能为各个设备提供稳定的电压和功率，从而缓解电站的压力，提高供电效率和系统稳定性，达到改善供电环境和节能降耗的作用，来为海上石油平台上的设备提供安全稳定可靠的运行环境。
1.海上平台电力系统无功补偿及其必要性
海上石油平台内有很多非线性负载设备，如异步电动机、变压器、荧光灯等感性负载设备，由于这些设备自身的工作原理，决定了他们只有在无功功率的情况下才能正常工作，同时，海上石油平台的电力系统中，很多非线性的电器元件，如相控装置等，也需要消耗大量的无功功率，此外，电力系统内非线性设备产生的高次谐波也会消耗一部分的无功功率，所以，对于海上平台的电力系统来说，需要输送大量的无功功率才能保证各个非线性设备的正常工作。假如由海上平台的电力系统来产生无功功率并长距离输送的话，需要输电电缆两侧产生一定的电压差，然而这只能在一个很窄的范围内才能实现，所以对于非线性设备来说，所需要的无功功率必须在电网系统的消耗无功功率的地方产生，这就需要无功补偿的方式来实现。
当前，随着科学技术和生产工艺的不断提升，很多大容量的电潜泵投入到了海上石油平台的生产中，这给电站容量提出了很大的挑战，而无功补偿的方式不仅可以缓解电站容量的需求度，还可以提升设备的功率因数，对于提升电网稳定度和電能利用率具有很大的作用。
1.1.无功补偿的基本原理
对于电力系统而言，输出的功率包括有功功率和无功功率，海上石油平台的电力系统亦是如此。海上平台电力系统的输出功率一部分转化成了机械能和热能，驱动相应的设备进行石油开采相关的工作，另一部分的输出功率是不做功的，而是从电能转化成另外一种形式的能量存储起来并和电能实现周期性的转换，如电磁能。从能量学的角度来讲，电力系统中电流幅值与电压幅值的成绩为视在功率，而视在功率、有功能率以及无功功率又存在一些特殊关系，构成一个功率直角三角形，如图1.所示。
通常，又被成为功率因数，也就是电力系统输出功率的利用率，而无功补偿的目的就是提升设备的功率因数，提升电能的利用率，所以在电路中设计相应的装置，减少电流矢量与电压矢量之间的夹角，即可提升电路中设备的功率因数，这就是无功补偿的基本原理。
1.2.无功补偿的的必要性
对于海上平台电力系统的无功功率补偿是非常有必要的，首先由于平台内有很多非线性设备，必须在无功功率情况下才能正常工作，而电力系统不可能直接输送无功功率为其设备提供能量，所以必须在非线性负载消耗无功功率的地方进行无功补偿。同时，很多海上石油平台很多工作设备的功率因数较低，无功功率的会增加输电线总电流量和系统视在功率的，增加了变压器的容量消耗，引起变压器过载而发热，损耗其使用寿命，同时也降低了设备的功率因数，而总电流量的增加也增大了其他设备的电能损耗，造成电能浪费。此外，无功功率会增大电力系统的电压幅度变化，造成电网电流波动，从而降低电能供应的质量。所以对于海上平台电力系统内的无功补偿措施是非常有必要的。
2.海上平台电力系统无功补偿
对于海上平台电力系统的无功功率补偿，一般的方法是安装无功补偿电容和LC滤波器，这是传统的用来进行谐波抑制的无源滤波器，通过无功补偿电容和LC滤波器内的电感进行补偿使得电路中电流矢量和电压矢量的夹角变小，进而对电路进行无功补偿，提升电路设备的功率因数。但是这种无功补偿的方式容易受电网系统参数和运行状态的影响，很难对动态的无功功率进行动态补偿，所以必须采用新的设备装置来进行无功功率补偿。
2.1.无功补偿设备的安装
由于无功功率的输送不易实现，所以无功补偿设备的安装主要是针对无功功率消耗大或者设备功率因数较低的地方进行无功功率补偿。首先要对系统进行潮流计算，并根据结果确定电力系统中功率因数较低以及设备电压较低的地方，安装根据海上石油平台的环境的实际情况以及经济成本来选择是低压母线补偿或是中压补偿。同时，根据无功补偿装置的安装位置不同，可将无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿以及低压就地补偿。比如针对很多小功率的异步电动机，单个安装无功补偿装置进行就地补偿不太现实，则可以采用分组补偿的方式，按照区域特性或者供电特性分组，然后对每组的电动机群进行无功补偿，从而将无功电流限制在小的区域内，由于海上平台的电能输送距离较近，在此区域内的无功电流造成的损耗还是可以接受的。
2.2.无功补偿装置
作为海上平台电力系统无功补偿的装有有同步调相机、并联电容器、并联电抗器以及静止补偿器。其中同步调相机是一个去掉机械动力传送装置的同步电动机，它可以通过判断无功功率的需求来通过励磁发出其额定值的无功功率或者吸收电网内的其额定值一半的无功功率进行无功补偿。并联电容器是通过电容器件实现对电网无功补偿的设备，由于其补偿效率高、功耗低，操作简单，安装调试方便等优点使其成为当前电网中进行无功补偿的首选设备。并联电容器是通过吸收无功功率来进行无功补偿的装置，同时也用来限制电网系统内负荷的冲击性变化，从而增加了电网系统电能利用率和安全性。静止补偿器是一种对电力系统的冲击性负荷进行动态无功补偿的设备，通过可控电子器件来调节控制的电抗器与电容器并联，从而根据电网系统的负荷变化迅速调节电抗器，来实现电网系统的无功补偿以减弱电压波动，改善电网电能。如图1.所示，为常见的四中静止补偿器的基本形式。，从而对电力系统实现动态的无功负荷功率补偿，减少电力系统的过电压现象。
2.3.无功补偿分析
无功补偿最终的表现是提升了设备的功率因数，所以可以根据功率因数的改变来计算无功补偿节约的电能。
设P为有功功率，Q补偿前的无功功率，为补偿前的功率因数，QC为补偿后的无功功率，为补偿后的功率因数。
则有
通过Q与QC二者相减，即可算出无功功率的减少量，进而建设了系统输出功率的视在功率，节约了电能的消耗。
3.总结
海上平台电力系统的无功补偿主要是通过相应的无功补偿装置来改变电力系统中的电流矢量和电压矢量角来提升设备的功率因数，节约电能输出，同时通过无功补偿装置进行无功功率输出，为非线性设备提供能量，使其正常工作，从而确保海上平台的电力系统能够稳定正常节能高效地工作。
参考文献
[1] 张洪光.石油电动钻机的无功补偿及谐波治理[J].电气传动自动化，2009（05）.
[2] 柴荔.石油钻机电驱动系统谐波抑制和无功补偿研究[D].兰州理工大学，2009.
[3] 严明.电网系统无功功率补偿方法研究[J].电源技术应用，2013（10）.
[4] 魏澈，李强，万光芬.海洋石油电力系统无功补偿应用研究[J].2013（19）.
[5] 赵大伟.钻机无功补偿和谐波抑制控制器的研究与设计[D].中国石油大学，2009.
[6] 胡高峰，高金梅，宋珂全.无功补偿技术对低压电网功率因数的影响[J].中国电力教育，2011（15）.