配電系統(tǒng)無功補償方法分析

＊梁慧敏

（潞安化工集團常村煤礦 山西 046100）

1.引言

如果說在配電系統(tǒng)當中的感性負載比較多，那么無功功率的消耗也會比較大，最終會導致系統(tǒng)的功率因數(shù)被嚴重的影響，使得線路電壓負荷不斷的加重，有功功率的損耗也會相應的增加，電源的效率和質(zhì)量都會因此而受到相對來說比較嚴重的影響和壓力，該問題的解決方案是補償無功功率。無功補償一方面關系著配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，通過無功補償可以安全高效地維持系統(tǒng)的電壓水平；另一方面關系著配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行狀況，遠距離傳輸中存在過多無功功率，而無功補償可以在各種制約條件下最小化網(wǎng)絡損耗。因此，科學地進行無功補償點和補償能力的確定顯得至關重要。

2.配電網(wǎng)無功補償點的確定原則

（1）根據(jù)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點，選擇幾個中心節(jié)點來實現(xiàn)對其他節(jié)點的電壓控制；

（2）參照無功功率就地平衡標準，確定無功負荷大的節(jié)點；

（3）為提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，無功功率應按層次進行平衡，以免不同電壓等級的無功功率耦合；

（4）配電網(wǎng)的功率因數(shù)需大于參照值。

3.配電網(wǎng)無功補償方案

(1)變電站集中補償方式

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

(2)低壓集中補償方式

目前，大多數(shù)低壓配電變壓器中使用的均為集中補償?shù)姆绞健＞唧w來說，該方式借助現(xiàn)代計算機手段來操縱低壓并聯(lián)電容器柜，通過跟蹤用戶的負載水平，電容器自動完成補償。這種方式能夠?qū)Ξ斍皩Ｓ米儔浩饔脩羲a(chǎn)生的功率因數(shù)進行比較明顯的改善，達到平衡無功功率的主要目的。這也是用戶電壓水平能夠始終保持平穩(wěn)的一個重要前提和關鍵的保障，在降低配電網(wǎng)和配電變壓器的損耗過程當中扮演了至關重要的角色。雖然說集中補償?shù)姆绞侥軌蛴行У馗纳飘斍坝脩舻捏w驗，但是在電力系統(tǒng)當中卻并不適用。首先，系統(tǒng)線路的電壓水平是決定線路電壓水平的根本性因素，集中補償能夠引起線路電壓的波動卻不是主導因素。其次，線路的參考電壓不在標準水平時，會造成無功電容補償冗余或不足，與現(xiàn)實需要不一致。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，其負載率通常較低。如果在公共變壓器上安裝無功補償裝置，會有以下缺點：設備投資大，利用率低，經(jīng)濟性差，維護，控制和管理困難。

(3)高壓配電線路無功補償方式

配電網(wǎng)當中公共的變壓器一般情況下都利用高壓的配電線路進行無功的補償，因為公共變壓器自身的數(shù)量是比較多的，所以在傳輸?shù)倪^程當中，損耗將會隨著運作的發(fā)展而不斷地增加，這就需要通過無功補償?shù)姆绞絹磉M行彌補。當然這種補償?shù)姆绞綉玫谋容^廣泛，也可以叫這種補償?shù)姆绞綖榫€路無功補償。一般情況下，通過安裝的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)進行改變，這樣也能夠通過這一電容器減少容易產(chǎn)生的功率損耗。

高壓配電在進行無功優(yōu)化補償?shù)倪^程當中，也需要遵循一定的原則，只有遵循原則進行補償才能夠取得最好的效果。

第一個是要盡量的減少補償?shù)狞c。一條線路需要采用單點補償?shù)姆绞竭M行補償；

第二個是控制的方法，應該簡單一點，不必要太過復雜，一般情況下不會設置分組投切裝置；

第三個是接線也應該相對簡單，每相最好只設置一個電容器；

第四個是補償?shù)牧坎荒軌蛱螅枰鶕?jù)實時的功率因數(shù)區(qū)間進行設置，補償容量應該保持在0.95～1之間；

第五個是對保護方式的簡化。熔斷器和氧化鋅避雷器主要通過過電流和過電壓進行有效的保護。高壓配電的無功優(yōu)化補償較適合傳輸過程中負荷大、功率因數(shù)小、距離遠的電路，具有見效快、補償效率高、投入小、易于管理和維護等優(yōu)點，缺點是因為其負載的頻繁波動和長期的固定補償而造成適應性較差。

(4)用戶終端分散補償方式

和上面的方式進行比較，可以發(fā)現(xiàn)在補償方法當中，用戶終端分散的補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路的損耗。對于線路供電能力進行有效的改善，電壓的質(zhì)量也會出現(xiàn)一些改善和變化。但是這種補償方式一般情況下在面對不同配電變壓器的低壓負載波動的時候，非常容易引起多電容器輕載時的限制，也會導致設備利用的效率不斷的降低。并且利用這種補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，那么低壓無功功率補償?shù)陌惭b也會同時受到嚴重的影響。

(5)低壓配電線路無功補償方式

雖然說以上的補償方法可以使得大容量的負載得到有效的補償，但是380V配電線的線路本身就比較長，所以說這種線路的負荷是比較重的，線路當中所產(chǎn)生的無功功率也會不斷地增加，電壓的損耗以及線路的損耗同樣會隨之而增加。為了及時地解決這種問題，改善這種狀況。一般情況下都會通過無功補償?shù)呐潆姺绞介_展工作。當然，低壓配電網(wǎng)也存在一定的弊端，比如，分支多，配電網(wǎng)布設混亂，節(jié)點多，因此為了達到最優(yōu)補償，需要對補償電容器進行合理化的配置。

4.配電網(wǎng)無功補償方式的選擇

通常概念上說，利用無功功率對配電系統(tǒng)進行補償是無功補償?shù)淖罴逊桨福到y(tǒng)中不存在流通的無功電流。但是，實際中是不存在這樣的理想情況的，因為配電系統(tǒng)的輸電線路、變壓器和各種負載或多或少都會有無功電流。所以，實際電網(wǎng)中操作補償裝置的安裝位置時，通常采用如下方法：集中補償變電站的高、低壓母線；高低壓配電線路的分散補償；負荷側(cè)集中補償；局部負載補償。一般情況下會利用集中補償組合的方式進行工作，希望能夠達到最佳的運行效果，而公共低壓配電網(wǎng)通常使用分散補償?shù)姆绞健．斎唬饕墓ぷ骶褪情_展無功補償工作，無功補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)的問題。對于低壓配電網(wǎng)來說，如果進行補償，那么就會容易導致?lián)p耗量不斷的增加。甚至會遠遠大于中壓配電網(wǎng)和高壓配電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗。為了盡量地在運行的過程當中獲得最大的效益，那么無功電源的補償裝置應該在最佳的安裝位置，而這個位置在無功負載點的低壓配電線上，因此無功電源補償裝置側(cè)重點應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)當中。大多的無功配電方案好處很多，比較先進的無功優(yōu)化方案在當前的高中壓配電網(wǎng)當中已經(jīng)得到了成功的應用，但是因為低壓的節(jié)點比較多，分支機構(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路當中無法有效地應用。如果優(yōu)化的目標能夠有效地減少在線路方面出現(xiàn)的有功功率損耗的量，那么就可以參考高中壓配電線路的補償方案以及相關的理論，低壓配電線路無功優(yōu)化的補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，基礎網(wǎng)絡電能質(zhì)量在線實時監(jiān)測系統(tǒng)當中，將基12快速傅里葉算法快速準確的分析諧波和無功參數(shù)，通過一定的變換模式從電網(wǎng)當中獲得質(zhì)量方面的數(shù)據(jù)，這也對電網(wǎng)質(zhì)量方面的實時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功補償?shù)姆桨府a(chǎn)生的無功補償損耗將會更低，系統(tǒng)的集合程度相應的也會更高，這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)對于電能質(zhì)量的有效控制，這種控制方式應該會成為未來電能質(zhì)量管理的主要方向。

5.結(jié)束語

合理的配電網(wǎng)無功補償方式可以使得系統(tǒng)的電壓平衡得到維持，對于配電網(wǎng)的損耗率就會不斷地減少，同時功率因數(shù)的提高以及配電網(wǎng)的有效運行也會從中獲得一定的效益。本文分析了目前運用的幾種不同類型的無功補償方式和主要技術(shù)，展望現(xiàn)在正開發(fā)研創(chuàng)的配電網(wǎng)實時電能質(zhì)量監(jiān)測及混合有源濾波注入式諧波抑制技術(shù)，認為在運行的過程當中，無功補償配電系統(tǒng)所具備的特性應該被更多的考慮到。現(xiàn)階段進行無功補償?shù)臅r候，需要將節(jié)能的效益作為主要的參考內(nèi)容，電能質(zhì)量還需要依靠費用最少的經(jīng)濟功率進行抉擇，在符合供電部門功率因數(shù)要求的前提下，要實現(xiàn)總體的綜合效果。無功補償設備的如何配置和怎樣分配，是要根據(jù)技術(shù)和經(jīng)濟來協(xié)調(diào)作出最佳方案的選擇。