低壓配電網(wǎng)無功補償方式的研究

阮恒程

摘要 ：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各大產(chǎn)業(yè)對電網(wǎng)的需求也增大，因此，電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行有著重要意義。在一些生產(chǎn)現(xiàn)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(wǎng)中獲取，則不利于電力的輸送與正常應(yīng)用。本文闡述了無功補償?shù)幕厩闆r，探討了低壓配電系統(tǒng)無功補償?shù)闹饕绞?，并指出了無功補償時應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞 ：無功補償 電網(wǎng) 功率

引言：

在實際的電力系統(tǒng)中，大多數(shù)的用電設(shè)備和電網(wǎng)中的各級變壓器都是感性的，電網(wǎng)要對這些感性設(shè)備提供大量的無功功率。在消耗無功功率的負載側(cè)產(chǎn)生無功功率，可避免由于負載的無功功率消耗對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，從而提高電網(wǎng)及負載的功率因數(shù)，降低電網(wǎng)的電壓損耗，提高電網(wǎng)輸出的有功功率，提高供電質(zhì)量。

一、關(guān)于無功補償技術(shù)的基本情況

（一）靜止無功補償

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流無觸點的投切開關(guān)開始被大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)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(guān)兩種，由于用斷路器作為接觸器的開關(guān)速度較慢，不能及時跟蹤負荷的無功功率變化，所以應(yīng)用較少。

（二）并聯(lián)電容補償

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

它既可被安裝于配電變壓器側(cè)，又可對負載進行就地補償。和調(diào)相機相比，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)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(diào)節(jié)，不能實時適應(yīng)負荷的無功功率變化，即不能實現(xiàn)動態(tài)的無功補償。

（三）同步調(diào)相機

如果電網(wǎng)電壓偏低，同步調(diào)相機處于過勵磁運行狀態(tài)供給無功功率，此時可調(diào)高系統(tǒng)電壓；如果電網(wǎng)電壓偏高，同步調(diào)相機則處于欠勵磁運行狀態(tài)吸收無功功率，此時可調(diào)低系統(tǒng)電壓。

同步調(diào)相機實際上是一臺空載運行的同步電動機，專門向電網(wǎng)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(diào)節(jié)的勵磁裝置能夠在電力系統(tǒng)端電壓波動變化時對無功功率進行自動調(diào)節(jié)，從而維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

（四）靜止無功發(fā)生器

在低壓供電無功補償領(lǐng)域中，比SVC更為先進的現(xiàn)代補償裝置是靜止無功發(fā)生器（SVG），由于采用高頻電力電子開關(guān)器件和特殊的電力電子電路結(jié)構(gòu)，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(fā)出無功功率，又可以吸收無功功率，從而進行雙向調(diào)節(jié)。隨著大功率電力電子器件的不斷發(fā)展，SVG在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。

二、無功補償原理

無功補償?shù)幕驹砭褪窃诟行载摵傻呐詡?cè)并聯(lián)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(wǎng)進行交換的能量，從而提高電能質(zhì)量。

三、無功補償對電網(wǎng)的一些影響

（一）減少電網(wǎng)線路損耗

由電網(wǎng)中的有功功率P與視在功率S之間關(guān)系可知，在視在功率不變的情況下，功率因數(shù)cosφ增大則電網(wǎng)輸出的有功功率P也會相應(yīng)增大，從而增大有用功在電網(wǎng)發(fā)出功率中的比例。

四、低壓配電網(wǎng)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(cè)安裝補償設(shè)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(lián)電容器柜或具有動態(tài)補償功能的靜止無功補償設(shè)備，根據(jù)用戶負荷的變化投入不同數(shù)量的電容器進行跟蹤補償，實現(xiàn)較高功率因數(shù)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(wǎng)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(shè)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(yīng)地減少，適用于變壓器下用戶較多、功率因數(shù)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(jù)需求的無功負荷分布，將電容器組裝設(shè)在功率因數(shù)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(jù)國家《供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50052-95）要求，對于容量較大、負荷平穩(wěn)并且經(jīng)常使用的用電設(shè)備適合對無功進行單獨就地補償。就地補償方式只有當(dāng)用電設(shè)備運行時，無功補償裝置才投入，設(shè)備停運時無功補償裝置則退出，可提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，改善負荷端的電壓質(zhì)量，具有經(jīng)濟簡單、小巧靈活、維護方便等優(yōu)點。就地補償是根據(jù)用電設(shè)備對無功功率的需求，將低壓電容器裝設(shè)在感性用電設(shè)備（主要是電動機）附近，從而直接對這些感性設(shè)備的無功功率進行就地?zé)o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(jié)構(gòu)，可將數(shù)據(jù)檢測、投切機構(gòu)、電容器等所有功能元件集成在一個單元內(nèi)，具有先進的智能投切裝置，可以通過Modem、現(xiàn)場總線、紅外、藍牙等與配網(wǎng)自動化裝置有機結(jié)合。智能無功補償在各地低壓配電網(wǎng)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(jiān)測、諧波監(jiān)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(tǒng)的結(jié)合。

五、無功補償?shù)淖⒁馐马?/p>

（一）防止產(chǎn)生諧振

對于有諧波源的供電線路，應(yīng)采取增設(shè)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(wǎng)電壓升高并會導(dǎo)致電容器損壞，國標(biāo)規(guī)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(shù)補償要合理

把功率因數(shù)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(shù)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(xù)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(chǎn)生電壓向系統(tǒng)倒送無功，多余的無功功率則會抬高運行電壓，威脅設(shè)備的安全，同時會加大網(wǎng)絡(luò)損耗，降低節(jié)能效果。

結(jié)束語：

我國目前電網(wǎng)無功補償主要集中在配電網(wǎng)，而低壓配電網(wǎng)補償較少，以致低壓配電網(wǎng)的線損較大，降低了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益和電壓質(zhì)量。為了取得最大效益，低壓配電網(wǎng)無功最優(yōu)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(wǎng)進行無功補償，對現(xiàn)代電力系統(tǒng)的高效、可靠運行具有重要的意義。

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