配電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償方法分析

＊梁慧敏

（潞安化工集團(tuán)常村煤礦 山西 046100）

1.引言

如果說(shuō)在配電系統(tǒng)當(dāng)中的感性負(fù)載比較多，那么無(wú)功功率的消耗也會(huì)比較大，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的功率因數(shù)被嚴(yán)重的影響，使得線(xiàn)路電壓負(fù)荷不斷的加重，有功功率的損耗也會(huì)相應(yīng)的增加，電源的效率和質(zhì)量都會(huì)因此而受到相對(duì)來(lái)說(shuō)比較嚴(yán)重的影響和壓力，該問(wèn)題的解決方案是補(bǔ)償無(wú)功功率。無(wú)功補(bǔ)償一方面關(guān)系著配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償可以安全高效地維持系統(tǒng)的電壓水平；另一方面關(guān)系著配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，遠(yuǎn)距離傳輸中存在過(guò)多無(wú)功功率，而無(wú)功補(bǔ)償可以在各種制約條件下最小化網(wǎng)絡(luò)損耗。因此，科學(xué)地進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償能力的確定顯得至關(guān)重要。

2.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的確定原則

（1）根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇幾個(gè)中心節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的電壓控制；

（2）參照無(wú)功功率就地平衡標(biāo)準(zhǔn)，確定無(wú)功負(fù)荷大的節(jié)點(diǎn)；

（3）為提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，無(wú)功功率應(yīng)按層次進(jìn)行平衡，以免不同電壓等級(jí)的無(wú)功功率耦合；

（4）配電網(wǎng)的功率因數(shù)需大于參照值。

3.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案

(1)變電站集中補(bǔ)償方式

為了使得輸電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)得到提高，那么就需要對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)之間所具備的無(wú)功功率采取一定的措施平衡，盡量地降低主變壓器所產(chǎn)生的無(wú)功損耗。一般情況下，采用的途徑是變電站集中補(bǔ)償，無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)選取的都是10kV母線(xiàn)，將母線(xiàn)作為接入的線(xiàn)，主要補(bǔ)償?shù)难b置當(dāng)中包括靜態(tài)補(bǔ)償器，還有并聯(lián)電容器以及同步調(diào)相機(jī)這部分裝置。無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備也可以被叫做并聯(lián)電容器組，該設(shè)備一般情況下工作的模式就是對(duì)變壓器進(jìn)行配合有效的調(diào)壓抽頭，從而完成無(wú)功功率補(bǔ)償以及電壓調(diào)節(jié)的有效功能。集中補(bǔ)償在操作、管理及維護(hù)方面有明顯優(yōu)勢(shì)，但是卻無(wú)法有效降低配電網(wǎng)的損耗。

(2)低壓集中補(bǔ)償方式

目前，大多數(shù)低壓配電變壓器中使用的均為集中補(bǔ)償?shù)姆绞?。具體來(lái)說(shuō)，該方式借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)手段來(lái)操縱低壓并聯(lián)電容器柜，通過(guò)跟蹤用戶(hù)的負(fù)載水平，電容器自動(dòng)完成補(bǔ)償。這種方式能夠?qū)Ξ?dāng)前專(zhuān)用變壓器用戶(hù)所產(chǎn)生的功率因數(shù)進(jìn)行比較明顯的改善，達(dá)到平衡無(wú)功功率的主要目的。這也是用戶(hù)電壓水平能夠始終保持平穩(wěn)的一個(gè)重要前提和關(guān)鍵的保障，在降低配電網(wǎng)和配電變壓器的損耗過(guò)程當(dāng)中扮演了至關(guān)重要的角色。雖然說(shuō)集中補(bǔ)償?shù)姆绞侥軌蛴行У馗纳飘?dāng)前用戶(hù)的體驗(yàn)，但是在電力系統(tǒng)當(dāng)中卻并不適用。首先，系統(tǒng)線(xiàn)路的電壓水平是決定線(xiàn)路電壓水平的根本性因素，集中補(bǔ)償能夠引起線(xiàn)路電壓的波動(dòng)卻不是主導(dǎo)因素。其次，線(xiàn)路的參考電壓不在標(biāo)準(zhǔn)水平時(shí)，會(huì)造成無(wú)功電容補(bǔ)償冗余或不足，與現(xiàn)實(shí)需要不一致。最后，公共變壓器在配電系統(tǒng)中也占據(jù)重要位置，公共變壓器通常安裝在室外桿架上，其負(fù)載率通常較低。如果在公共變壓器上安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，會(huì)有以下缺點(diǎn)：設(shè)備投資大，利用率低，經(jīng)濟(jì)性差，維護(hù)，控制和管理困難。

(3)高壓配電線(xiàn)路無(wú)功補(bǔ)償方式

配電網(wǎng)當(dāng)中公共的變壓器一般情況下都利用高壓的配電線(xiàn)路進(jìn)行無(wú)功的補(bǔ)償，因?yàn)楣沧儔浩髯陨淼臄?shù)量是比較多的，所以在傳輸?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，損耗將會(huì)隨著運(yùn)作的發(fā)展而不斷地增加，這就需要通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。當(dāng)然這種補(bǔ)償?shù)姆绞綉?yīng)用的比較廣泛，也可以叫這種補(bǔ)償?shù)姆绞綖榫€(xiàn)路無(wú)功補(bǔ)償。一般情況下，通過(guò)安裝的10kV室外并聯(lián)電容器就能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)所具備的功率因數(shù)進(jìn)行改變，這樣也能夠通過(guò)這一電容器減少容易產(chǎn)生的功率損耗。

高壓配電在進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程當(dāng)中，也需要遵循一定的原則，只有遵循原則進(jìn)行補(bǔ)償才能夠取得最好的效果。

第一個(gè)是要盡量的減少補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)。一條線(xiàn)路需要采用單點(diǎn)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償；

第二個(gè)是控制的方法，應(yīng)該簡(jiǎn)單一點(diǎn)，不必要太過(guò)復(fù)雜，一般情況下不會(huì)設(shè)置分組投切裝置；

第三個(gè)是接線(xiàn)也應(yīng)該相對(duì)簡(jiǎn)單，每相最好只設(shè)置一個(gè)電容器；

第四個(gè)是補(bǔ)償?shù)牧坎荒軌蛱?，需要根?jù)實(shí)時(shí)的功率因數(shù)區(qū)間進(jìn)行設(shè)置，補(bǔ)償容量應(yīng)該保持在0.95～1之間；

第五個(gè)是對(duì)保護(hù)方式的簡(jiǎn)化。熔斷器和氧化鋅避雷器主要通過(guò)過(guò)電流和過(guò)電壓進(jìn)行有效的保護(hù)。高壓配電的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償較適合傳輸過(guò)程中負(fù)荷大、功率因數(shù)小、距離遠(yuǎn)的電路，具有見(jiàn)效快、補(bǔ)償效率高、投入小、易于管理和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是因?yàn)槠湄?fù)載的頻繁波動(dòng)和長(zhǎng)期的固定補(bǔ)償而造成適應(yīng)性較差。

(4)用戶(hù)終端分散補(bǔ)償方式

和上面的方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)在補(bǔ)償方法當(dāng)中，用戶(hù)終端分散的補(bǔ)償方式不僅僅可以使得電壓損耗不斷的下降，而且還可以盡量的減少線(xiàn)路的損耗。對(duì)于線(xiàn)路供電能力進(jìn)行有效的改善，電壓的質(zhì)量也會(huì)出現(xiàn)一些改善和變化。但是這種補(bǔ)償方式一般情況下在面對(duì)不同配電變壓器的低壓負(fù)載波動(dòng)的時(shí)候，非常容易引起多電容器輕載時(shí)的限制，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備利用的效率不斷的降低。并且利用這種補(bǔ)償方式還需要考慮到一些變壓器功率的需求，如果變壓器的功率不符合要求，那么低壓無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)陌惭b也會(huì)同時(shí)受到嚴(yán)重的影響。

(5)低壓配電線(xiàn)路無(wú)功補(bǔ)償方式

雖然說(shuō)以上的補(bǔ)償方法可以使得大容量的負(fù)載得到有效的補(bǔ)償，但是380V配電線(xiàn)的線(xiàn)路本身就比較長(zhǎng)，所以說(shuō)這種線(xiàn)路的負(fù)荷是比較重的，線(xiàn)路當(dāng)中所產(chǎn)生的無(wú)功功率也會(huì)不斷地增加，電壓的損耗以及線(xiàn)路的損耗同樣會(huì)隨之而增加。為了及時(shí)地解決這種問(wèn)題，改善這種狀況。一般情況下都會(huì)通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐潆姺绞介_(kāi)展工作。當(dāng)然，低壓配電網(wǎng)也存在一定的弊端，比如，分支多，配電網(wǎng)布設(shè)混亂，節(jié)點(diǎn)多，因此為了達(dá)到最優(yōu)補(bǔ)償，需要對(duì)補(bǔ)償電容器進(jìn)行合理化的配置。

4.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式的選擇

通常概念上說(shuō)，利用無(wú)功功率對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償是無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖罴逊桨福到y(tǒng)中不存在流通的無(wú)功電流。但是，實(shí)際中是不存在這樣的理想情況的，因?yàn)榕潆娤到y(tǒng)的輸電線(xiàn)路、變壓器和各種負(fù)載或多或少都會(huì)有無(wú)功電流。所以，實(shí)際電網(wǎng)中操作補(bǔ)償裝置的安裝位置時(shí)，通常采用如下方法：集中補(bǔ)償變電站的高、低壓母線(xiàn)；高低壓配電線(xiàn)路的分散補(bǔ)償；負(fù)荷側(cè)集中補(bǔ)償；局部負(fù)載補(bǔ)償。一般情況下會(huì)利用集中補(bǔ)償組合的方式進(jìn)行工作，希望能夠達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，而公共低壓配電網(wǎng)通常使用分散補(bǔ)償?shù)姆绞健．?dāng)然，主要的工作就是開(kāi)展無(wú)功補(bǔ)償工作，無(wú)功補(bǔ)償工作目的也是希望解決中壓配電網(wǎng)以及高壓配電網(wǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)于低壓配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，如果進(jìn)行補(bǔ)償，那么就會(huì)容易導(dǎo)致?lián)p耗量不斷的增加。甚至?xí)h(yuǎn)遠(yuǎn)大于中壓配電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗。為了盡量地在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中獲得最大的效益，那么無(wú)功電源的補(bǔ)償裝置應(yīng)該在最佳的安裝位置，而這個(gè)位置在無(wú)功負(fù)載點(diǎn)的低壓配電線(xiàn)上，因此無(wú)功電源補(bǔ)償裝置側(cè)重點(diǎn)應(yīng)該在中高壓配電系統(tǒng)，變壓器側(cè)端轉(zhuǎn)移到第二配電系統(tǒng)當(dāng)中。大多的無(wú)功配電方案好處很多，比較先進(jìn)的無(wú)功優(yōu)化方案在當(dāng)前的高中壓配電網(wǎng)當(dāng)中已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，但是因?yàn)榈蛪旱墓?jié)點(diǎn)比較多，分支機(jī)構(gòu)也比較多，出現(xiàn)的未知因素同樣比較多，所以在公共低壓配電線(xiàn)路當(dāng)中無(wú)法有效地應(yīng)用。如果優(yōu)化的目標(biāo)能夠有效地減少在線(xiàn)路方面出現(xiàn)的有功功率損耗的量，那么就可以參考高中壓配電線(xiàn)路的補(bǔ)償方案以及相關(guān)的理論，低壓配電線(xiàn)路無(wú)功優(yōu)化的補(bǔ)償也可以利用一些經(jīng)典的優(yōu)化模式，“2/3”法則就是其中之一。目前，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，將基12快速傅里葉算法快速準(zhǔn)確的分析諧波和無(wú)功參數(shù)，通過(guò)一定的變換模式從電網(wǎng)當(dāng)中獲得質(zhì)量方面的數(shù)據(jù)，這也對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量方面的實(shí)時(shí)有效控制提出了更高的要求。利用注入式混合有功濾波器的諧波抑制以及輸入無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆桨府a(chǎn)生的無(wú)功補(bǔ)償損耗將會(huì)更低，系統(tǒng)的集合程度相應(yīng)的也會(huì)更高，這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電能質(zhì)量的有效控制，這種控制方式應(yīng)該會(huì)成為未來(lái)電能質(zhì)量管理的主要方向。

5.結(jié)束語(yǔ)

合理的配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方式可以使得系統(tǒng)的電壓平衡得到維持，對(duì)于配電網(wǎng)的損耗率就會(huì)不斷地減少，同時(shí)功率因數(shù)的提高以及配電網(wǎng)的有效運(yùn)行也會(huì)從中獲得一定的效益。本文分析了目前運(yùn)用的幾種不同類(lèi)型的無(wú)功補(bǔ)償方式和主要技術(shù)，展望現(xiàn)在正開(kāi)發(fā)研創(chuàng)的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及混合有源濾波注入式諧波抑制技術(shù)，認(rèn)為在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，無(wú)功補(bǔ)償配電系統(tǒng)所具備的特性應(yīng)該被更多的考慮到?，F(xiàn)階段進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，需要將節(jié)能的效益作為主要的參考內(nèi)容，電能質(zhì)量還需要依靠費(fèi)用最少的經(jīng)濟(jì)功率進(jìn)行抉擇，在符合供電部門(mén)功率因數(shù)要求的前提下，要實(shí)現(xiàn)總體的綜合效果。無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的如何配置和怎樣分配，是要根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)來(lái)協(xié)調(diào)作出最佳方案的選擇。