低壓配電網無功補償方式的研究

阮恒程

摘要 ：隨著我國經濟的飛速發展，各大產業對電網的需求也增大，因此，電網的安全、穩定、可靠運行有著重要意義。在一些生產現場的負載都會消耗無功功率，如果這些無功功率不加外界補償而從電網中獲取，則不利于電力的輸送與正常應用。本文闡述了無功補償的基本情況，探討了低壓配電系統無功補償的主要方式，并指出了無功補償時應該注意的問題。

關鍵詞 ：無功補償 電網 功率

引言：

在實際的電力系統中，大多數的用電設備和電網中的各級變壓器都是感性的，電網要對這些感性設備提供大量的無功功率。在消耗無功功率的負載側產生無功功率，可避免由于負載的無功功率消耗對電網產生的影響，從而提高電網及負載的功率因數，降低電網的電壓損耗，提高電網輸出的有功功率，提高供電質量。

一、關于無功補償技術的基本情況

（一）靜止無功補償

隨著電力電子技術的發展，交流無觸點的投切開關開始被大量應用于電力系統中。靜止無功補償裝置主要包括晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器。

靜止無功補償裝置簡稱靜止補償器（英文縮寫為SVC），主要有斷路器和電力電子開關兩種，由于用斷路器作為接觸器的開關速度較慢，不能及時跟蹤負荷的無功功率變化，所以應用較少。

（二）并聯電容補償

并聯電容補償就是將固定的電容器與感性負載相并聯，改變負載的相位角，從而提高負載的功率因數，實現對負載側的無功補償。

它既可被安裝于配電變壓器側，又可對負載進行就地補償。和調相機相比，其優點是結構簡單、經濟實用，但由于其阻抗是不變的，所以無功輸出的大小不可調節，不能實時適應負荷的無功功率變化，即不能實現動態的無功補償。

（三）同步調相機

如果電網電壓偏低，同步調相機處于過勵磁運行狀態供給無功功率，此時可調高系統電壓；如果電網電壓偏高，同步調相機則處于欠勵磁運行狀態吸收無功功率，此時可調低系統電壓。

同步調相機實際上是一臺空載運行的同步電動機，專門向電網輸送無功功率。它不帶機械負荷也可以進行過勵磁或欠勵磁運行。

這種自動調節的勵磁裝置能夠在電力系統端電壓波動變化時對無功功率進行自動調節，從而維持系統電壓，提高系統運行的穩定性。

（四）靜止無功發生器

在低壓供電無功補償領域中，比SVC更為先進的現代補償裝置是靜止無功發生器（SVG），由于采用高頻電力電子開關器件和特殊的電力電子電路結構，通過對控制算法的改進，使得它不僅可以實時、精確地補償無功功率，而且能夠起到濾波和抑制諧波的作用。

SVG通過不同的控制，既可以發出無功功率，又可以吸收無功功率，從而進行雙向調節。隨著大功率電力電子器件的不斷發展，SVG在電力系統中的應用也越來越廣泛。

二、無功補償原理

無功補償的基本原理就是在感性負荷的旁側并聯一個具有容性負荷的裝置，如果容性負荷釋放能量，該能量被感性負荷吸收，而如果感性負荷釋放能量，能量則被容性負荷所吸收，能量就在此感性與容性負荷之間進行交換，即由容性負荷裝置來補償感性負荷所需要的無功功率，而減少與電網進行交換的能量，從而提高電能質量。

三、無功補償對電網的一些影響

（一）減少電網線路損耗

由電網中的有功功率P與視在功率S之間關系可知，在視在功率不變的情況下，功率因數cosφ增大則電網輸出的有功功率P也會相應增大，從而增大有用功在電網發出功率中的比例。

四、低壓配電網中的無功補償方式

（一）集中補償方式

集中補償方式是在變電站或配電室的低壓母線側安裝補償設備，以補償配電變壓器空載無功，減少對配電站上級電源的無功需求。采用微機控制的低壓并聯電容器柜或具有動態補償功能的靜止無功補償設備，根據用戶負荷的變化投入不同數量的電容器進行跟蹤補償，實現較高功率因數運行。

低壓集中補償方式更接近于負荷端，可以改善配電變壓器及上游電網的無功分布，降低配電站和配電線路的有功損耗，但是不能改善線路中因為無功傳輸造成的電壓降和有功損耗。

（二）分散補償方式

由于電容器分散在各用戶旁，可以就近補償主要用電設備的無功功率。由于這部分無功功率不再通過線路向上傳送，從而使用戶上的變壓器和配電線路的無功功率損耗相應地減少，適用于變壓器下用戶較多、功率因數低、用戶配電線路分路多而且距離較遠的線路。分散補償方式就是根據需求的無功負荷分布，將電容器組裝設在功率因數較低的配電線路中，形成分散的補償方式，對配電線路或變壓器端需要的無功功率進行補償。

（三）用戶終端就地補償方式

根據國家《供電系統設計規范》（GB50052-95）要求，對于容量較大、負荷平穩并且經常使用的用電設備適合對無功進行單獨就地補償。就地補償方式只有當用電設備運行時，無功補償裝置才投入，設備停運時無功補償裝置則退出，可提高用電設備供電回路的功率因數，改善負荷端的電壓質量，具有經濟簡單、小巧靈活、維護方便等優點。就地補償是根據用電設備對無功功率的需求，將低壓電容器裝設在感性用電設備（主要是電動機）附近，從而直接對這些感性設備的無功功率進行就地無功補償，所以也稱為個別補償方式。

（四）智能無功補償

智能無功補償裝置通常具備模塊化結構，可將數據檢測、投切機構、電容器等所有功能元件集成在一個單元內，具有先進的智能投切裝置，可以通過Modem、現場總線、紅外、藍牙等與配網自動化裝置有機結合。智能無功補償在各地低壓配電網的公用配變電中被廣泛引用，它集低壓無功補償、綜合配電監測、諧波監測等多種功能于一身，同時還充分考慮了與配電自動化系統的結合。

五、無功補償的注意事項

（一）防止產生諧振

對于有諧波源的供電線路，應采取增設電抗器等措施，使諧波影響不致造成電容器損壞。

（二）防止過電壓

電容器補償容量過大，會引起電網電壓升高并會導致電容器損壞，國標規定“工頻長期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓”。

（三）功率因數補償要合理

把功率因數從0.9提高到1.0所需的補償容量與0.8提高到0.9的補償容量差不多，但前者的降損幅度卻差不多是后者降損幅度的一半。一般情況下，可確定補償后的功率因數在0.9～0.95之間。

（四）防止過補償

采用電容器就地補償電動機，切斷電源后，電動機在慣性作用下繼續運行，此時電容器的放電電流成為勵磁電流，電動機的磁場得到自勵而產生電壓向系統倒送無功，多余的無功功率則會抬高運行電壓，威脅設備的安全，同時會加大網絡損耗，降低節能效果。

結束語：

我國目前電網無功補償主要集中在配電網，而低壓配電網補償較少，以致低壓配電網的線損較大，降低了電網運行的經濟效益和電壓質量。為了取得最大效益，低壓配電網無功最優補償模式，補償裝置作為無功電源，其最佳安裝地點宜在最接近無功負荷點的低壓配電線路上。因此，對低壓配電網進行無功補償，對現代電力系統的高效、可靠運行具有重要的意義。

參考文獻：

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