浅谈配电网无功补偿

浅谈配电网无功补偿

孙子颖

国网山西长治供电公司变电运维中心 山西 长治 046000

摘要：在电力系统中，存在着消耗大量无功功率的设备，这些设备的使用会使电力系统电压产生激烈的波动，例如冲击性的无功功率负载：轧钢机，电弧炉电气化铁道等。同时用户中又有对系统电压稳定性有较高要求的精密设备：如计算机，医用设备等。如果无功功率不能及时控制，就会对电网电压造成不良影响。另外无功储备的不足会导致电网电压水平的降低。因此，如何快速有效解决电力系统中的无功缺额。具有重要的现实意义。
关键词：配电网；无功补偿；电压；补偿容量
       

1 无功补偿技术概述
依据电学理论，为了保证用电设备可以正常运行，首先应当确保其可以在电源中吸收有功功率和无功功率。如果无功功率过低，则无法建立完整磁场，如此便会直接导致电网电压降低，用电设备则会无法运行。而此时，经由发电机和高压输电线发出的无功功率很难满足主要负荷供给需求，为了规避这一现象，电力企业往往会在配电网中安置无功补偿装置，以此保证用电设备可以在正常的电网电压下工作和运行。所谓无功补偿，是指通过提高配电网中电网的功率因素，从而达到降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境的一种应用技术。其主要的工作原理可以细化解释为：通过并联方式连接有效连接容性功率负荷和感性功率负荷，实现两者之间可以在负荷之间进行能量转换，由此达到以容性负荷输出的无功功率补偿并满足感性负荷所需要的无功功率的需求。但是值得注意的是，该项技术或装置的应用虽然可以最大限度的降低配电网的电力的损耗，但是应用不当，也会导致电网波动、谐波增大等不利结果。

2 电力系统中无功补偿的作用及其原理
        无功补偿的全称是无功功率补偿，它在电力供电系统当中能够对电网的功率因数起到提高的作用，从而降低供电的变压器以及输送线路的损耗以达到对供电环境的改善和提高供电的效率，故此电力系统中的无功补偿的装置是一个非常重要的环节设置。
        在交流的电力系统当中，由电源供应的负载功率分为无功功率以及有功功率，无功功率与有功功率相比是较为抽象的，无功功率是在电路当中磁场和电场的相互交换，它在电路的设备当中是维持和建立磁场的电功率的，对外并不做功而是以其它形式的能量存在，只要是建立磁场那么有电的磁线圈的电力设备就会消耗无功，在正常的供电情况下既要对电源取得有功还要取得无功，倘若是无功不足那么将会不能正常的建立磁场，这样就会致使电压下降，对设备的正常使用产生影响，单是从高压输电线以及发动机的供给无功是有限的，满足不了实际的需要，这就需要设置一些无功补偿的方式进行对无功功率补偿以便于对设备的无功需求，总体来讲无功补偿就是把感性功率和容性功率的负荷相并在一个电路当中，这时候就能使能量在两者间相互的进行交换，由此便可以使得感性负荷所需的无功功率经由容性负荷的无功功率得到补偿。

3 配电网无功补偿应用探讨
        3.1如何选择配电网无功补偿控制器
        目前配电网无功补偿已实现智能化选择的方式，需要配备相应的补偿控制器，具体选择方式包含：
        （1）功率因数型。可以结合电路现场实时电网参数，将电路调整到最佳状态，实现电网补偿及运行优化，此种型号的控制器在线路过重荷载情况下，会出现补偿不足的现象。
        （2）无功功率电流型。该控制器适应能力很强，在过重负荷的情况下也不会出现缺陷，极大增强配电网的安全性与补偿效果。
        （3）动态补偿型。该控制器运行速度较快，且具有较强抗干扰能力，属于无功补偿方式的一种，可将控制器和触发脉冲实施动态运行。
        3.2如何选择配电网无功补偿方式
        配电网无功补偿方式选择遵循在哪里产生无功，即在哪里进行补偿的原则，使整个电网系统没有无功电流的产生。由于变压器、线路等各种负荷也有无功现象，在实际线路中要结合具体情况进行选择。公共低压电网中，可以以分散补偿方式为主，特别难实现分散方式的，可采用侧集中方式。目前，我国无功补偿方式以高压和中压配电网为主，低压补偿较少，因此，电力企业要将无功补偿重点放在低压线路上。
        3.3配电网无功补偿方式研究
        （1）变电站集中补偿方式。该方式可有效改善输电网的功率因数，有效提高主变压器和终端变电站无功损耗。利用无功补偿装置和变压器进行调节，在两者的协调下控制电压，极大发挥了管理和运行维护的便捷性，但在降低损耗方面存在不足[3]。
        （2）低压母线补偿方式。该方式属于动态补偿方式，将无功补偿投切设备作为保护装置，大用户的母线通过电压电容器进行补偿，该方式不能将下级补偿进行替代，如果线路补偿容量太大，是无法在负压低谷时实现无功补偿，导致电压增高，网线损耗过大，进而影响供电设备正常运行。

        （3）高压配电线路无功补偿方式。该方式是将10KV的户外电容器装设在线路杆塔上，减少无功功率线路传输，减少网线损耗量，提升电网功率因数。在操作过程要按照少设置补偿点、补偿容量低、接线操作及维护方式简单化的要求进行。该方式优点在于投资小见效快，便于维护管理。适合长距离、负荷重且功率因数低的线路，但存在适应能力不足的现象。
        （4）低压配电线路无功补偿方式。配电网中的低压线路布置较复杂，分支多，节点设置多，要求补偿容器实现最优化模式进行配置。在低压线路上进行无功补偿，可有效减少线损，避免较长线路负荷过重的情况。
        （5）低压用户分散补偿方式。该补偿方式是静态补偿方式，属于低压随机补偿，通过并联方式将低压电容器和电动机连接，采用保护装置同电动机共同投切。一般是在用户末端安装，可有效降低电网产生的损耗量。该方式适合负荷相对平稳且容量较大的用电设备，但该补偿方式安装容量是通过变压器低压侧最大功率进行确定的，由于负荷存在波动，波动也不会同时产生，导致部分电容器闲置，因此，低压用户分散补偿方式的利用率较低。

4 配电网的无功补偿优化
        4.1无功补偿点的确定
        为了减少管理和维修量，对每条馈线确定补偿点设置的上限为5个。
        4.2由最小负荷方式确定无功功率补偿容量
        现在10 kV配电网的大多数无功功率补偿装置无法调节补偿容量，为防止出现倒送无功功率的情况，采用在最小负荷方式下进行潮流计算，以补偿点流出的无功量作为该点的补偿容量，使配电网的无功功率补偿更为优化。
        4.3在最大负荷时新增补偿点
        在配电网无功功率补偿中，当补偿容量按照最小负荷确定后，还要检验补偿后的网络在各种负荷运行方式下是否满足约束条件。当某个点出现电压越下限时，可以采用增加补偿点的方法来进行调节，即在电压越限点或其他邻近点增设补偿点，再重新进行补偿容量计算，并进行验证，直到电压符合要求为止。

5 结束语
        配电网无功补偿是一项建设性的技术措施，对电网安全、优质、经济运行有重要作用。本文浅析了配电网无功补偿的方式方法，然而，配电网规模巨大，负荷情况复杂，使用环境条件差，因此合理选择无功补偿方案和补偿技术意义重大，实际工程中仍有很多技术问题值得认真分析思考。无功补偿工程是供电企业和产品厂家双方的事情，都应充分重视解决工程中的问题。

参考文献：
[1] 季斌炜，陈潇一.基于粒子群算法的配电网无功补偿方法研究[J].电网与清洁能源，2016，32（3）：111-114.

  [2]龙彪.电力系统中无功补偿的重要性及其主要方式分析[J].科技与企业，2013（24）：26-27.