居民區動態無功補償設計研究

摘 要：動態無功補償發生裝置，即靜止同步補償器，又名靜止無功發生器。該裝置主要用來補償電網中頻繁波動的無功功率，抑制電網閃變和諧波，提高電網的功率因數，改善配電網的供電質量和使用效率，進而降低網絡損耗，有利于延長輸電線路的使用壽命。而市場上現有的無功補償裝置是由人工操作，通過投切電容器來完成對線路上無功的調節。希望能設計一個智能的無功補償裝置，來完成線路節點功率因數是否達標的監測，和自動投切電容器來補償無功。

關鍵詞：動態無功補償裝置；智能；投切電容器

1 背景介紹

電已經成為居民生活工作必不可少的一部分。全國供用電規則規定了用戶的功率因數應達到一定的要求。例如：在電網高峰負荷時，100KVA及以上的電力用戶和大中型電力排灌站，功率因數應為0.85以上。凡功率因數達不到上述規定的用戶，供電部門會在其用戶使用電費的基礎上按一定比例對其加收一部分電費，這部分加收的電費稱為力率電費。

2 相關內容

交流電在通過實際負載時候由于功率因數角的存在，電網輸送的電能中有部分電能無法轉換成機械能或熱能（即無功）。電網中無功的存在會大大降低電網的功率因數，進而降低電能的利用率。因此需要進行無功補償。在小系統中，通過恰當的無功補償方法，不但可以將各相的功率因數均補償至1，而且可以使各相的有功電流達到平衡狀態。

傳統的補償諧波和無功電流的另一種方法是裝設無源濾波器，通常由電力電容器、電抗器和電阻器串并聯組合而成，該方法既可補償諧波，又可補償無功功率。目前我國常用的無功調節設備仍為機械式并聯電抗器、投切電容器，這些靜止型調壓手段，因調節不連續、響應速度慢，很難滿足系統運行方式快速變化時的需求。而另一種調壓裝置SVC，響應速度很快，但由于呈恒阻抗特性，使得在電壓低時，無法提供所需的無功支持，因此應付突發事件的能力較弱，并且為了抑制諧波，必須裝設濾波器，占地面積較大，此外，過多的SVC裝置容易引發系統振蕩。相比之下，新型無功補償裝置STATCOM則是較為有效的調壓手段，它的無功電流輸出可在很大電壓變化范圍內恒定，在電壓低時仍能提供較強的無功支撐，并且可從感性到容性全范圍內連續調節。

新的算法：先據已有資料調查統計一般居民區的用電情況，并基于此得出需要的無功補償量。如圖為一居民區一個月每天二十四個小時的用電量統計圖：

顯然，居民的用電量有明顯的低谷和高峰，需要做的則是在低谷處監測該節點的功率因數是否達到0.85，如果沒有達到，則使用無功補償裝置（本篇使用FST-5A系列戶外低壓無功補償成套裝置）來進行無功的就地補償。

3 FST-5A系列戶外低壓無功補償成套裝置

根據已有的研究基礎，并根據不同時間、季度下的用電情況研究裝置相應的使用情況，運用數學建模的方法，從在哪個節點安裝無功補償裝置、使用哪種型號的無功補償器，在不同時間開啟多大功率方面來作出最優化方案。.通過仿真軟件測試該方案實現提高功率因數、節約電能的效果，并做出相應的調整。

例：戶外配電變壓器應用方案

配變容量：200kVA

無功補償容量：60kvar 2×30kvar（20kvar+10kvar）

智能電容器數量：2臺 SWL-8MZS/450-20.10

無功補償級數：0、10、20、30、40、50、60

安裝在箱變低壓室，根據配電變壓器容量進行補償，選用若干臺智能電容器聯機使用。

優點：接線簡單、維護方便、成本低、節約空間的顯著特點。

配置參考：箱變無功補償容量一般為配變容量的25%-40%。

而居民區有多個小型的變壓器，可以在選擇在變壓器上裝上FST-5A系列低壓無功補償成套裝置，通過實時功率因數測量裝置，若該節點的功率因數沒有到達目標數，則通過程序控制來智能的調節投切電容器，直至功率因數符合要求為止。

該設計使用了數學建模的方法來分析無功補償裝置的使用，并得到最優使用方案，能更好的提高電網的功率因數，改善供電質量并提高使用效率；并切實幫助居民節約電能，避免無謂的浪費；此外，項目以應用于居民區的變壓器為研究對象，更能從細微處、從使用端提高功率因數，提高用電效率，節約電能，在節能方面有很大應用前景。

參考文獻

[1]程文，卜賢成.低壓無功補償實用技術[M].中國電力出版社，2012.

[2]戴曉亮.無功補償技術在配電網中的應用[J].電網技術，1999，23（6）： 11-14.

[3]任丕德，劉發友，周勝軍.動態無功補償技術的應用現狀[J].電網技術，2005，28（23）：81-83.

[4]電網諧波治理和無功補償技術及裝備[M].中國電力出版社，2006.