刍议低压配电网中无功补偿技术

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　　摘要：本文阐述了无功补偿技术的基本状况和其对电网的影响，整合提出低压配电网的无功补偿方式和无功补偿时应注意的问题。
　　关键词：配电 无功补偿 电网
　　
　　一、无功补偿技术的研究现状和发展
　　1．同步调相机
　　同步调相机实际上是一台空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率。它不带机械负荷也可以进行过励磁或欠励磁运行。如果电网电压偏低，同步调相机处于过励磁运行状态供给无功功率，此时可调高系统电压；如果电网电压偏高，同步调相机则处于欠励磁运行状态吸收无功功率，此时可调低系统电压。故这种自动调节的励磁装置能够在电力系统端电压波动变化时对无功功率进行自动调节，从而维持系统电压，提高系统运行的稳定性。
　　2．并联电容补偿
　　并联电容补偿就是将固定的电容器与感性负载相并联，改变负载的相位角，从而提高负载的功率因数，实现对负载侧的无功补偿。它既可被安装于配电变压器侧，又可对负载进行就地补偿。和调相机相比，其优点是结构简单、经济实用，但由于其阻抗是不变的，所以无功输出的大小不可调节，不能实时适应负荷的无功功率变化，即不能实现动态的无功补偿。
　　3．静止无功补偿
　　静止无功补偿装置简称静止补偿器(英文缩写为SVC)，主要有断路器和电力电子开关两种，由于用断路器作为接触器的开关速度较慢，不能及时跟踪负荷的无功功率变化，所以应用较少。随着电力电子技术的发展，交流无触点的投切开关开始被大量应用于电力系统中。这种静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制抗器和晶闸管投切电容器，通过用不同的静止开关投切电容器或电抗器，使得它能吸收或发出无功功率，进而增大系统的功率因数，提高系统的稳定性。SVC与一般并联电容器补偿装置的区别在于其能够实时跟踪电网和负荷的无功变化，对系统的无功功率进行动态补偿。
　　4．静止无功发生器
　　在低压供电无功补偿领域中，~Esvc更为先进的现代补偿装置是静止无功发生器(sVG)，由于采用高频电力电子开关器件和特殊的电力电子电路结构，通过对控制算法的改进，使得它不仅可以实时、精确地补偿无功功率，而且能够起到滤波和抑制谐波的作用，因此静止无功发生器日益成为无功功率补偿的重要手段。由于SVG在其直流侧只需要较小容量的电容器维持其电压，所以比需要大容量的电抗器、电容器等储能器件的SVC灵活方便，经济实用。另外SVG通过不同的控制，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，从而进行双向调节。随着大功率电力电子器件的不断发展，SVG在电力系统中的应用也越来越广泛。另外，其他新型的智能化无功功率补偿方式越来越受到关注，如无涌流电容投切器、电力有源滤波器、综合潮流控制器等。
　　
　　二、无功补偿对电网的影响
　　1．减少电网线路损耗
　　
　　由电力线路有功损耗公式(1)可知，电力线路上有功功率的损耗与功率因数COS 的平方成反比，功率因数增大则电力线路的有功损耗会降得更多，从而减少电能在传输过程中的损失。
　　2．降低电网的功率损耗
　　
　　由电力网功率损耗的计算公式(2)可知，增加了无功补偿的能量 后，电网发送的无功功率就会减少，从而降低电网和变压器中的功率损耗，进一步提高供电效率。
　　3．降低电网的电压损耗
　　
　　由电力线路电压损耗计算公式(3)可知，进行无功补偿后，电力网无功功率的减少导致电力线路中的电压损耗会降低，相应地，用户端的电压质量就会提高。
　　4．增大电网输出的有功功率
　　
　　由电网中的有功功率P与视在功率s之间关系可知，在视在功率不变的情况下，功率因数COS 增大则电网输出的有功功率P也会相应增大，从而增大有用功在电网发出功率中的比例。
　　
　　三、低压配电网的无功补偿方式
　　在低压配电网中，广泛采用手动或自动投切的电容器组进行补偿，但是即使是最先进的晶闸管分相投切电容器组，也只能解决功率因数的补偿问题，而不能有效地平衡三相负荷。
　　1．集中补偿方式
　　集中补偿方式是在变电站或配电室的低压母线侧安装补偿设备，以补偿配电变压器空载无功，减少对配电站上级电源的无功需求。可以采用微机控制的低压并联电容器柜或具有动态补偿功能的静止无功补偿设备，根据用户负荷的变化投入不同数量的电容器进行跟踪补偿，实现较高功率因数运行。低压集中补偿方式更接近于负荷端，可以改善配电变压器及上游电网的无功分布，降低配电站和配电线路的有功损耗，但是不能改善线路中因为无功传输造成的电压降和有功损耗。该种方式具有接线简单、维护方便等优点；缺点是不能减少用户内部配电网络的无功引起的损耗，电容器长期承受高压，寿命较短。
　　2．分散补偿方式
　　分散补偿方式就是根据需求的无功负荷分布，将电容器组装设在功率因数较低的配电线路中，形成分散的补偿方式，对配电线路或变压器端需要的无功功率进行补偿。由于电容器分散在各用户旁，可以就近补偿主要用电设备的无功功率。由于这部分无功功率不再通过线路向上传送，从而使用户上的变压器和配电线路的无功功率损耗相应地减少，适用于变压器下用户较多、功率因数低、用户配电线路分路多而且距离较远的线路。优点是可以对配电变压器的无功进行分区补偿，而且分组电容器的利用效率较高；缺点是补偿容量可能无法调整、投资较大、维护不便等。
　　3．用户终端就地补偿方式
　　就地补偿是根据用电设备对无功功率的需求，将低压电容器装设在感性用电设备(主要是电动机)附近，从而直接对这些感性设备的无功功率进行就地无功补偿，所以也称为个别补偿方式。根据国家《供电系统设计规范》(GB50052―95)要求，对于容量较大、负荷平稳并且经常使用的用电设备适合对无功进行单独就地补偿。就地补偿方式只有当用电设备运行时，无功补偿装置才投入，设备停运时无功补偿装置则退出，可提高用电设备供电回路的功率因数，改善负荷端的电压质量，具有经济简单、小巧灵活、维护方便等优点。但这种补偿电容器组的容量只能按电动机的空载电流选择，因而在电动机带负荷运行时，长期处于欠补偿状态，仍需由电源端向受电端输送无功功率，配电网的无功损耗仍然存在。
　　4．智能无功补偿
　　智能无功补偿在各地低压配电网的公用配变电中被广泛引用，它集低压无功补偿、综合配电监测、谐波监测等多种功能于一身，同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。智能无功补偿装置通常具备模块化结构，可将数据检测、投切机构、电容器等所有功能元件集成在一个单元内，具有先进的智能投切装置，可以通过Modem、现场总线、红外、蓝牙等与配网自动化装置有机结合，采用智能型无功控制策略自动及时地投切电容器补偿无功功率容量，还可采集三相电压、零序电压、零序电流及设备本身工况等数据，在线跟踪装置中无功的变化，依据模糊控制理论智能选择电容器组合。
　　
　　四、无功补偿时应注意的问题
　　1．功率因数补偿要合理
　　把功率因数从0．9提高到1．0所需的补偿容量与0.8提高到0.9的补偿容量差不多，但前者的降损幅度却差不多是后者降损幅度的一半。所以，不能强求高补偿度，应结合投资效益综合考虑。一般情况下，可确定补偿后的功率因数在0．9～O．95之间。
　　2．防止过补偿
　　采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，电动机的磁场得到自励而产生电压向系统倒送无功，多余的无功功率则会抬高运行电压，威胁设备的安全，同时会加大网络损耗，降低节能效果。
　　3．防止过电压
　　电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏，国标规定“工频长期过电压值最多不超过1．1倍额定电压”。
　　4．防止产生谐振
　　对于有谐波源的供电线路，应采取增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。
　　
　　五、结束语
　　在实际的电力系统中，大多数的用电设备和电网中的各级变压器都是感性的，电网要对这些感性设备提供大量的无功功率，尤其是在低压配电网中，由于输电线路长、配电变压器多，使得电网在传输中会损耗较多的电能。因此，对低压配电网进行无功补偿，对现代电力系统的高效、可靠运行具有重要的意义。
　　
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