10 kV無功分散補償技術(shù)研究

張雄飛 程 飛

（國網(wǎng)浙江義烏市供電有限公司，浙江金華322000）

0 引言

10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)中的無功分散補償包含輸電線路補償、用戶側(cè)就地補償、柱上無功補償、隨機補償?shù)榷喾N方式，是一個統(tǒng)一的組合，能夠在輸電線路、用戶終端、柱上等位置進行分散補償，以形成靈活、方便的無功補償策略。但與此同時，這些補償方式也各有優(yōu)缺點，且對電網(wǎng)的沖擊不容忽視。在此背景下，探索一種沖擊小、電網(wǎng)特性畸變小、補償效果較好的新型10 kV電網(wǎng)無功分散補償技術(shù)勢在必行。

1 10 kV無功分散補償技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 輸電線路補償

這種方式主要是在輸電線路上通過電容器實現(xiàn)，是常見的一種分散補償方式，這種補償方式能夠有效平衡系統(tǒng)內(nèi)部各元件之間的有功和無功，投資不高而且能夠較快回收，同時也相對便于管理。輸電線路補償?shù)娜秉c在于，電容器分組補償?shù)倪m應性和靈活性不強，一旦線路負載發(fā)生變化，不方便跟蹤調(diào)節(jié)。因此，對于重負荷線路，很容易出現(xiàn)補償度不足的問題，因此不太適用于復雜補償和長距離、重負荷補償。

1.2 用戶側(cè)就地補償

經(jīng)過變電站補償、輸電線路補償后，進入用戶側(cè)，如果負荷波動不大、相對穩(wěn)定的話，可以在用戶側(cè)進行就地補償，這種單獨補償?shù)姆绞竭m用于特殊用戶，比如用電量大的工廠、團體等，這些大型企業(yè)和團體可能有較多設(shè)備用于生產(chǎn)生活，需調(diào)節(jié)功率因數(shù)，這時候就要進行用戶側(cè)就地補償。如果是小型用戶如家用，則并不適合用戶側(cè)補償。用戶側(cè)補償?shù)膬?yōu)點在于安全、經(jīng)濟、易用；缺點是應用范圍不廣，如果是小型家庭用戶，還需要結(jié)合低壓終端補償來進行。

1.3 柱上無功補償

柱上無功補償主要是用于公變補償，是在線路柱上利用并聯(lián)電容器完成無功補償，調(diào)節(jié)相應的功率因數(shù)。這種無功補償方式的優(yōu)點在于，能夠針對配網(wǎng)中大量的公變需求進行就地補償，不需要在上一級進行補償，能切實解決問題；缺點在于，這種補償方式相對遠離變電站，因此運行維護不方便，一旦發(fā)生故障，則檢修不便，需要花費大量人力、物力。

2 晶閘管觸發(fā)無功補償系統(tǒng)的設(shè)計及仿真分析

2.1 晶閘管觸發(fā)無功補償系統(tǒng)的設(shè)計

借助電力電子設(shè)備靈活補償?shù)奶匦裕肟刂苹芈罚瑥哪妇€上取得電壓和電流信號進入采集回路，經(jīng)過信號處理后，從控制裝置輸出控制信號，通過觸發(fā)脈沖來對晶閘管進行控制，觸發(fā)可控硅器件來導通或關(guān)斷晶閘管串補償電路，進行無功補償?shù)木_控制。

晶閘管開關(guān)投切應用于無功補償?shù)膬?yōu)點在于，能夠?qū)崿F(xiàn)無沖擊投切，如果投切的電容器組極性滿足要求，則能夠精確控制其觸發(fā)時間，如果能夠及時導通來進行無功補償，則視為成功導通；當晶閘管的電流過零時，自然關(guān)斷即可，從而實現(xiàn)“等電壓投入，零電流切除”的方案。

2.2 晶閘管觸發(fā)無功補償系統(tǒng)的仿真

使用Matlab仿真軟件對晶閘管觸發(fā)無功補償系統(tǒng)來進行仿真，搭建Matlab仿真模型，采用三相電壓源模型模擬10 kV配電網(wǎng)的母線，搭建△型接線的晶閘管補償主電路，采用六脈動觸發(fā)晶閘管系統(tǒng)來對10 kV三相電網(wǎng)進行補償。根據(jù)仿真模型進行分析，可得：

（1）補償前電網(wǎng)特性：根據(jù)仿真波形，補償前電網(wǎng)電壓的波形超前電流60°，是一個標準的感性電路。

（2）補償后電網(wǎng)特性：觸發(fā)六脈動晶閘管回路，陸續(xù)投入3組電容器，隨著晶閘管回路的導通和電容器投入組數(shù)的增加，電流滯后于電壓的相位不斷減少。投入一組電容器，電流滯后于電壓減少到46°；投入兩組電容器，電流滯后于電壓減少到27°；投入三組電容器，電流滯后于電壓減少到8°。三組電容器同時投入的情況下，電壓、電流之間的角差不斷減少，最終呈現(xiàn)接近純阻性回路，達到了無功補償?shù)哪康暮鸵蟆?/p>

根據(jù)仿真結(jié)果，得出晶閘管觸發(fā)無功補償系統(tǒng)在補償前后的功率測試曲線如圖1所示。

如圖1所示，隨著觸發(fā)六脈動晶閘管回路，陸續(xù)投入三組電容器后，無功補償容量不斷增加，無功功率的曲線呈現(xiàn)下降趨勢，最終穩(wěn)定的無功功率值降幅顯著。補償前電網(wǎng)無功為2.10 Mvar，投入一組電容后電網(wǎng)無功為1.16 Mvar，投入兩組電容后電網(wǎng)無功為0.90 Mvar，投入三組電容后電網(wǎng)無功為0.40 Mvar，而整體的有功功率曲線是不發(fā)生變化的。可見晶閘管控制電容器不斷投入后，無功得到了補償，功率因數(shù)得到了提升，取得了應有的補償效果，通過電容器組的投切較好地實現(xiàn)了分級、準確、零沖擊補償。

圖1 投入晶閘管控制補償電容前后功率變化曲線

3 結(jié)語

實現(xiàn)零沖擊無功補償?shù)囊粋€重要技術(shù)，在于晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計，本文分析的基于晶閘管觸發(fā)的無功電容補償，較好地實現(xiàn)了10 kV電網(wǎng)的無功分散補償，且沖擊小，電網(wǎng)特性畸變小，補償效果較好，有良好的推廣前景。