低壓無功補償技術研究綜述

郭金波

（高青縣供電公司，山東 高青 256300）

1 低壓無功補償的意義

1.1 提高功率因數

功率因數可以表示為下述形式：

其中U—線電壓，I—線電流。可見，在一定的電壓和電流下，提高cosφ，其輸出的有功功率就大。因此改善功率因數是充分發揮設備潛力，提高設備的利用率的有效辦法。

1.2 減少電壓損失

電力網的電壓損失可用下式求出：

可見影響△U的因數有4個：線路的有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X。如果采用容抗為TP的電容來補償，則電壓損失為：

故采用補償電容提高功率因數后，電壓損失△U減少，改善了電壓。

1.3 減少線路損失

當線路通過電流I時，其有功損耗：

可見線路有功損失△P與cos2φ成反比，cosφ越高，△P越少。

2 無功補償的基本原理

電網輸出的功率包括兩部分：①有功功率；②無功功率。在電力系統中，不僅有功功率要平衡，無功功率也要平衡。假設有功功率P、無功功率Q、視在功率S，φ為功率因數角，它的余弦cosφ＝p/s就是功率因數。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用電企業的功率因數cosφ越小，則所需的無功功率越大。如果不進行補償，則必須由供電系統提供。為了滿足用電要求，供電線路和變壓器的容量就必須增大，這不僅增加了供電投資、降低了設備的利用率，還將增加線路損耗。不論是對于供電部門還是用電部門，對無功功率進行適時補償以提高功率因數，以防止無功倒送，從而節約電能，提高運行質量都具有非常重要的作用。如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，從而提高電能作功的能力。把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷的裝置并聯接在同一電路中，能量在兩種負荷間相互轉換，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償，這就是無功補償的原理。

3 無功補償裝置分類

按安裝的部位分，可分為集中補償、分組補償、末端補償。按主電路控制投切電容器的原件類型分，可分為接觸器投切、晶閘管投切、復合投切。按補償相數分，可分為單相補償、三相補償、混合補償。按控制投切電容器的原件類型分，可分為機電開關投切、半導體電子開關投切、復合開關投切。

4 傳統低壓無功補償設備的缺點

投切開關多采用交流接觸器。其缺點是投切響應速度較慢，在投切過程中會對電網產生沖擊涌流，使用壽命短、故障多、維修費用高。采集單一信號，采用三相電容器，三相共補。此種補償方式主要適用于三相負載（電動機）的場合，但主要用電為單相負荷的居民用戶，難免三相負荷不平衡。那么，各相無功電量也不同，采用這種補償方式會在不同程度上出現過補或欠補。無功控制策略，控制物理量多為電壓、功率因數、無功電流。投切方式為循環投切和編碼投切。該策略沒有考慮電壓的平衡關系與區域的無功優化。通常不具備配電監測功能。

5 配電系統智能低壓無功補償技術

5.1 先進的投切開關技術

目前采用的投切開關主要有以下幾種：過零觸發可控硅控制電子開關，其特點是投切速度快，在投切過程中對電網無沖擊、無涌流，壽命較長，但有一定的功耗和諧波污染，目前運用較普遍；機電一體化智能復合開關。該開關是由交流接觸器和固態繼電器并聯運行，既有可控硅開關過零投切的優點，又有接觸器開關功耗小的優點，可廣泛應用于低壓無功補償控制系統；低涌流真空開關采用自身的控制裝置，監測電源及電容器的端電壓，在事先設定的相位角發出合閘脈沖使開關各項合閘，避免了元件串聯而引起的同步及保護問題，更具廣泛的應用空間。

5.2 智能低壓無功補償方式

隨著負載類型越來越復雜，電網對無功要求也越來越高，單純的固定補償已不能滿足要求，新的動態無功補償技術能較好地適應負載變化。電網中三相不平衡的情況越來越多，三相共補同投同切已無法解決三相不平衡的問題，而全部采用單相補償則投資較大。為此根據負載情況充分考慮經濟性的共分結合方式在新的經濟條件下日益廣泛應用。穩態補償與快速跟蹤補償相結合的補償方式是未來發展的一個趨勢，主要是針對大型企業，工藝復雜、用電量大、負載變化快、波動大，充分有效地進行無功補償，不僅可以提高功率因數、節能降耗，而且可以充分改善設備的工作容量，充分發揮設備能力，提高工作效率，增大經濟效益。

5.3 智能型無功補償控制器的選用

以無功功率為控制物理量，以用戶設定的功率因數為投切參考限量，依據模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對星－角結合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動及時地投切電容補償，同時集數據采集、通信、無功補償、電網參數、分析等于一體，并通過后臺軟件將存儲記錄的數據以圖表或報表的形式顯示、打印，及時對電網系統實時監測補償無功功率容量。根據配電系統三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據“取平補齊”的原則投入電網實現電容器投切的智能控制，使補償精度高。

5.4 電能質量監測及分析

對整個系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續的監測。實時監視系統諧波含量，電壓閃變、擾動，頻率偏差，不平衡度，功率因數等電能質量問題。通過手動或自動觸發波形捕捉，記錄擾動波形，進行電能質量分析和故障分析。

6 結束語

隨著科學技術的進一步發展，更為先進的補償裝置出現，對提高供電電壓質量、改善供電設備的潛力、降低線路損失及節能均起到積極的作用。