低压配电网无功补偿方式的研究

阮恒程

摘要 ：随着我国经济的飞速发展，各大产业对电网的需求也增大，因此，电网的安全、稳定、可靠运行有着重要意义。在一些生产现场的负载都会消耗无功功率，如果这些无功功率不加外界补偿而从电网中获取，则不利于电力的输送与正常应用。本文阐述了无功补偿的基本情况，探讨了低压配电系统无功补偿的主要方式，并指出了无功补偿时应该注意的问题。

关键词 ：无功补偿 电网 功率

引言：

在实际的电力系统中，大多数的用电设备和电网中的各级变压器都是感性的，电网要对这些感性设备提供大量的无功功率。在消耗无功功率的负载侧产生无功功率，可避免由于负载的无功功率消耗对电网产生的影响，从而提高电网及负载的功率因数，降低电网的电压损耗，提高电网输出的有功功率，提高供电质量。

一、关于无功补偿技术的基本情况

（一）静止无功补偿

随着电力电子技术的发展，交流无触点的投切开关开始被大量应用于电力系统中。静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。

静止无功补偿装置简称静止补偿器（英文缩写为SVC），主要有断路器和电力电子开关两种，由于用断路器作为接触器的开关速度较慢，不能及时跟踪负荷的无功功率变化，所以应用较少。

（二）并联电容补偿

并联电容补偿就是将固定的电容器与感性负载相并联，改变负载的相位角，从而提高负载的功率因数，实现对负载侧的无功补偿。

它既可被安装于配电变压器侧，又可对负载进行就地补偿。和调相机相比，其优点是结构简单、经济实用，但由于其阻抗是不变的，所以无功输出的大小不可调节，不能实时适应负荷的无功功率变化，即不能实现动态的无功补偿。

（三）同步调相机

如果电网电压偏低，同步调相机处于过励磁运行状态供给无功功率，此时可调高系统电压；如果电网电压偏高，同步调相机则处于欠励磁运行状态吸收无功功率，此时可调低系统电压。

同步调相机实际上是一台空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率。它不带机械负荷也可以进行过励磁或欠励磁运行。

这种自动调节的励磁装置能够在电力系统端电压波动变化时对无功功率进行自动调节，从而维持系统电压，提高系统运行的稳定性。

（四）静止无功发生器

在低压供电无功补偿领域中，比SVC更为先进的现代补偿装置是静止无功发生器（SVG），由于采用高频电力电子开关器件和特殊的电力电子电路结构，通过对控制算法的改进，使得它不仅可以实时、精确地补偿无功功率，而且能够起到滤波和抑制谐波的作用。

SVG通过不同的控制，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，从而进行双向调节。随着大功率电力电子器件的不断发展，SVG在电力系统中的应用也越来越广泛。

二、无功补偿原理

无功补偿的基本原理就是在感性负荷的旁侧并联一个具有容性负荷的装置，如果容性负荷释放能量，该能量被感性负荷吸收，而如果感性负荷释放能量，能量则被容性负荷所吸收，能量就在此感性与容性负荷之间进行交换，即由容性负荷装置来补偿感性负荷所需要的无功功率，而减少与电网进行交换的能量，从而提高电能质量。

三、无功补偿对电网的一些影响

（一）减少电网线路损耗

由电网中的有功功率P与视在功率S之间关系可知，在视在功率不变的情况下，功率因数cosφ增大则电网输出的有功功率P也会相应增大，从而增大有用功在电网发出功率中的比例。

四、低压配电网中的无功补偿方式

（一）集中补偿方式

集中补償方式是在变电站或配电室的低压母线侧安装补偿设备，以补偿配电变压器空载无功，减少对配电站上级电源的无功需求。采用微机控制的低压并联电容器柜或具有动态补偿功能的静止无功补偿设备，根据用户负荷的变化投入不同数量的电容器进行跟踪补偿，实现较高功率因数运行。

低压集中补偿方式更接近于负荷端，可以改善配电变压器及上游电网的无功分布，降低配电站和配电线路的有功损耗，但是不能改善线路中因为无功传输造成的电压降和有功损耗。

（二）分散补偿方式

由于电容器分散在各用户旁，可以就近补偿主要用电设备的无功功率。由于这部分无功功率不再通过线路向上传送，从而使用户上的变压器和配电线路的无功功率损耗相应地减少，适用于变压器下用户较多、功率因数低、用户配电线路分路多而且距离较远的线路。分散补偿方式就是根据需求的无功负荷分布，将电容器组装设在功率因数较低的配电线路中，形成分散的补偿方式，对配电线路或变压器端需要的无功功率进行补偿。

（三）用户终端就地补偿方式

根据国家《供电系统设计规范》（GB50052-95）要求，对于容量较大、负荷平稳并且经常使用的用电设备适合对无功进行单独就地补偿。就地补偿方式只有当用电设备运行时，无功补偿装置才投入，设备停运时无功补偿装置则退出，可提高用电设备供电回路的功率因数，改善负荷端的电压质量，具有经济简单、小巧灵活、维护方便等优点。就地补偿是根据用电设备对无功功率的需求，将低压电容器装设在感性用电设备（主要是电动机）附近，从而直接对这些感性设备的无功功率进行就地无功补偿，所以也称为个别补偿方式。

（四）智能无功补偿

智能无功补偿装置通常具备模块化结构，可将数据检测、投切机构、电容器等所有功能元件集成在一个单元内，具有先进的智能投切装置，可以通过Modem、现场总线、红外、蓝牙等与配网自动化装置有机结合。智能无功补偿在各地低压配电网的公用配变电中被广泛引用，它集低压无功补偿、综合配电监测、谐波监测等多种功能于一身，同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。

五、无功补偿的注意事项

（一）防止产生谐振

对于有谐波源的供电线路，应采取增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。

（二）防止过电压

电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏，国标规定“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压”。

（三）功率因数补偿要合理

把功率因数从0.9提高到1.0所需的补偿容量与0.8提高到0.9的补偿容量差不多，但前者的降损幅度却差不多是后者降损幅度的一半。一般情况下，可确定补偿后的功率因数在0.9～0.95之间。

（四）防止过补偿

采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，电动机的磁场得到自励而产生电压向系统倒送无功，多余的无功功率则会抬高运行电压，威胁设备的安全，同时会加大网络损耗，降低节能效果。

结束语：

我国目前电网无功补偿主要集中在配电网，而低压配电网补偿较少，以致低压配电网的线损较大，降低了电网运行的经济效益和电压质量。为了取得最大效益，低压配电网无功最优补偿模式，补偿装置作为无功电源，其最佳安装地点宜在最接近无功负荷点的低压配电线路上。因此，对低压配电网进行无功补偿，对现代电力系统的高效、可靠运行具有重要的意义。

参考文献：

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[2] 叶剑. 浅谈配电网无功补偿方式[J]. 农村电工. 2007（07）

[3] 戴晓亮. 无功补偿技术在配电网中的应用[J]. 电网技术. 1999（06）