王全標(biāo) 周世輝

該文從低壓線路無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t出發(fā)，淺析了四種同步補(bǔ)償技術(shù)，其中重點(diǎn)介紹了靜止無功補(bǔ)償，最后提出了四種臺(tái)區(qū)低壓線路無功補(bǔ)償方式。

1低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償原則

功率因數(shù)補(bǔ)償合理原則。實(shí)踐證明，把功率因數(shù)從0.9提高到1.0所需的補(bǔ)償容量與0.8提高到0.9的補(bǔ)償容量差不多，但前者的降損幅度卻差不多是后者降損幅度的一半。所以，不能強(qiáng)求高補(bǔ)償度，應(yīng)結(jié)合投資效益綜合考慮。

總體與局部平衡的原則。如果無功電源的布局不合理，局部地區(qū)的無功電力不能就地平衡，就會(huì)造成一些變電站或線路的無功電力偏多或者偏少，出現(xiàn)無功功率大量流動(dòng)的現(xiàn)象。這種無功功率的長途輸送和交換，使配電網(wǎng)的損耗增加。因此，在規(guī)劃過程中，要在總體平衡的基礎(chǔ)上，研究各個(gè)局部的補(bǔ)償方案，求得最優(yōu)化組合，達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。

防止過補(bǔ)償?shù)脑瓌t。采用電容器就地補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)，切斷電源后，電動(dòng)機(jī)在慣性作用下繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)電容器的放電電流成為勵(lì)磁電流，電動(dòng)機(jī)的磁場得到自勵(lì)而產(chǎn)生電壓向系統(tǒng)倒送無功，多余的無功功率則會(huì)抬高運(yùn)行電壓，威脅設(shè)備的安全，同時(shí)會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)損耗，降低節(jié)能效果。防止過電壓電容器補(bǔ)償容量過大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓升高并會(huì)導(dǎo)致電容器損壞。

降損與調(diào)壓相結(jié)合的原則。配電網(wǎng)無功優(yōu)化配置主要目的是為了達(dá)到無功電力的就地平衡，減小網(wǎng)絡(luò)損耗，改善電壓質(zhì)量，在配電網(wǎng)能安全可靠地向用戶供電的前提下，尋求最佳的無功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2無功補(bǔ)償技術(shù)

并聯(lián)電容補(bǔ)償。并聯(lián)電容補(bǔ)償就是將固定的電容器與感性負(fù)載相并聯(lián)，改變負(fù)載的相位角，從而提高負(fù)載的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載側(cè)的無功補(bǔ)償。它既可被安裝于配電變壓器側(cè)，又可對負(fù)載進(jìn)行就地補(bǔ)償。和調(diào)相機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但由于其阻抗是不變的，所以無功輸出的大小不可調(diào)節(jié)，不能實(shí)時(shí)適應(yīng)負(fù)荷的無功功率變化，即不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償。

同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，專門向電網(wǎng)輸送無功功率。它不帶機(jī)械負(fù)荷也可以進(jìn)行過勵(lì)磁或欠勵(lì)磁運(yùn)行。如果電網(wǎng)電壓偏低，同步調(diào)相機(jī)處于過勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)供給無功功率，此時(shí)可調(diào)高系統(tǒng)電壓；如果電網(wǎng)電壓偏高，同步調(diào)相機(jī)則處于欠勵(lì)磁運(yùn)行狀態(tài)吸收無功功率，此時(shí)可調(diào)低系統(tǒng)電壓。故這種自動(dòng)調(diào)節(jié)的勵(lì)磁裝置能夠在電力系統(tǒng)端電壓波動(dòng)變化時(shí)對無功功率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而維持系統(tǒng)電壓，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

靜止無功補(bǔ)償。靜止無功補(bǔ)償裝置簡稱靜止補(bǔ)償器（英文縮寫為SVC），主要有斷路器和電力電子開關(guān)兩種，由于用斷路器作為接觸器的開關(guān)速度較慢，不能及時(shí)跟蹤負(fù)荷的無功功率變化，所以應(yīng)用較少。這種靜止無功補(bǔ)償裝置主要包括晶閘管控制電抗器和晶閘管投切電容器，通過用不同的靜止開關(guān)投切電容器或電抗器，使得它能吸收或發(fā)出無功功率，進(jìn)而增大系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。SVC與一般并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的區(qū)別在于其能夠?qū)崟r(shí)跟蹤電網(wǎng)和負(fù)荷的無功變化，對系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。SVC裝置包括晶閘管控制電抗器（TCR）（如圖一）和晶閘管投切電容器（TSC），以及這兩者的混合裝置，或者晶閘管控制電抗器與固定電容器或機(jī)械投切電容器混合使用的裝置。

圖一TCR電路

在低壓供電無功補(bǔ)償領(lǐng)域中，比SVC更為先進(jìn)的現(xiàn)代補(bǔ)償裝置是靜止無功發(fā)生器（SVG）（如圖二），由于采用高頻電力電子開關(guān)器件和特殊的電力電子電路結(jié)構(gòu)，通過對控制算法的改進(jìn)，使得它不僅可以實(shí)時(shí)、精確地補(bǔ)償無功功率，而且能夠起到濾波和抑制諧波的作用，因此靜止無功發(fā)生器日益成為無功功率補(bǔ)償?shù)闹匾侄?。與SVC裝置相比，SVG裝置只需要維持直流側(cè)電壓的較小容量的電容器，大大減小了裝置的體積和成本。

圖二 電壓型SVG主電路原理圖

由于SVG在其直流側(cè)只需要較小容量的電容器維持其電壓，所以比需要大容量的電抗器、電容器等儲(chǔ)能器件的SVC靈活方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。SC無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快（約10-20ms），與TCR相比，雖然不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，但是具有運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生諧波而且損耗較小的優(yōu)點(diǎn)，因此已在電力系統(tǒng)中獲得了較廣泛的應(yīng)用，而且許多是與TCR配合使用，構(gòu)成TCR+TSC型混合補(bǔ)償裝置。

表一 各種無功補(bǔ)償裝置簡要對比

3無功補(bǔ)償?shù)姆绞?/p>

集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償方式是在變電站或配電室的低壓母線側(cè)安裝補(bǔ)償設(shè)備，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功，減少對配電站上級(jí)電源的無功需求。低壓集中補(bǔ)償方式更接近于負(fù)荷端，可以改善配電變壓器及上游電網(wǎng)的無功分布，降低配電站和配電線路的有功損耗，但是不能改善線路中因?yàn)闊o功傳輸造成的電壓降和有功損耗。該文原載于中國社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第577期2014年第45期-----轉(zhuǎn)載須注名來源可以采用微機(jī)控制的低壓并聯(lián)電容器柜或具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的靜止無功補(bǔ)償設(shè)備，根據(jù)用戶負(fù)荷的變化投入不同數(shù)量的電容器進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)較高功率因數(shù)運(yùn)行。該種方式具有接線簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是不能減少用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)的無功引起的損耗，電容器長期承受高壓，壽命較短。

終端補(bǔ)償。就地補(bǔ)償是根據(jù)用電設(shè)備對無功功率的需求，將低壓電容器裝設(shè)在感性用電設(shè)備（主要是電動(dòng)機(jī)）附近，從而直接對這些感性設(shè)備的無功功率進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，所以也稱為個(gè)別補(bǔ)償方式。這種補(bǔ)償電容器組的容量只能按電動(dòng)機(jī)的空載電流選擇，因而在電動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，長期處于欠補(bǔ)償狀態(tài)，仍需由電源端向受電端輸送無功功率，配電網(wǎng)的無功損耗仍然存在。根據(jù)國家《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052-95）要求，對于容量較大、負(fù)荷平穩(wěn)并且經(jīng)常使用的用電設(shè)備適合對無功進(jìn)行單獨(dú)就地補(bǔ)償。就地補(bǔ)償方式只有當(dāng)用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償裝置才投入，設(shè)備停運(yùn)時(shí)無功補(bǔ)償裝置則退出，可提高用電設(shè)備供電回路的功率因數(shù)，改善負(fù)荷端的電壓質(zhì)量，具有經(jīng)濟(jì)簡單、小巧靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

分散補(bǔ)償。分散補(bǔ)償方式就是根據(jù)需求的無功負(fù)荷分布，將電容器組裝設(shè)在功率因數(shù)較低的配電線路中，形成分散的補(bǔ)償方式，對配電線路或變壓器端需要的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是可以對配電變壓器的無功進(jìn)行分區(qū)補(bǔ)償，而且分組電容器的利用效率較高；缺點(diǎn)是補(bǔ)償容量可能無法調(diào)整、投資較大、維護(hù)不便等。由于電容器分散在各用戶旁，可以就近補(bǔ)償主要用電設(shè)備的無功功率，且這部分無功功率不再通過線路向上傳送，使用戶上的變壓器和配電線路的無功功率損耗相應(yīng)地減少，適用于變壓器下用戶較多、功率因數(shù)低、用戶配電線路分路多而且距離較遠(yuǎn)的線路。

智能無功補(bǔ)償。智能無功補(bǔ)償裝置通常具備模塊化結(jié)構(gòu)，可將數(shù)據(jù)檢測、投切機(jī)構(gòu)、電容器等所有功能元件集成在一個(gè)單元內(nèi)，具有先進(jìn)的智能投切裝置，可以通過Modem、現(xiàn)場總線、紅外、藍(lán)牙等與配網(wǎng)自動(dòng)化裝置有機(jī)結(jié)合。智能無功補(bǔ)償在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變電中被廣泛引用，它集低壓無功補(bǔ)償、綜合配電監(jiān)測、諧波監(jiān)測等多種功能于一身，同時(shí)還充分考慮了與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合。采用智能型無功控制策略自動(dòng)及時(shí)地投切電容器補(bǔ)償無功功率容量，還可采集三相電壓、零序電壓、零序電流及設(shè)備本身工況等數(shù)據(jù)，在線跟蹤裝置中無功的變化，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合。

低壓配電輸電線路長、配電變壓器多，容易造成電能的線損，因此，要結(jié)合實(shí)際需要，選擇合適的技術(shù)和方式對低壓配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，保證電力系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。

（作者單位：國網(wǎng)山東單縣供電公司）