论低压配电网的无功补偿技术

论低压配电网的无功补偿技术

赖炳文

（广东电网公司佛山南海供电局广东佛山528200）

摘要:现代生活我们已经离不开“电”了，电是通过电网传送至我们每家每户的，而无功补偿是电力系统中不可缺少的一种装置。随着城乡电网改造的发展，电网的安全可靠性要求不断提高，供电环境有了很大的改善。无功补偿技术作为低压电网的重要因素，在低压电网被广泛应用。本文重点介绍低压配电网无功补偿方面的现状及办法。

关键词：无功功率无功补偿无功控制策略

一、无功功率的定义、无功补偿的作用及无功功率的产生

1、无功功率的定义：是建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率，无功功率不是无用功率，它的用处很大，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接足器不会吸合。

2、无功补偿的作用：无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

3、无功功率如何产生：在低压配电网中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率的同时还需要无功功率,其大小和负荷的功率因数有关；由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。

一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。

二、低压电网无功补偿方面的现状

（1）投切开关多采用交流接触器

其缺点是响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生冲击涌流，使用寿命短。

（2）采集单一信号，采用三相电容器，三相共补

这种补偿方式适用于负荷主要是三相负载的地方，如农村工业开发区的工业用电。多采用集中补偿和就地补偿，即随机补偿。但对于当前的负载主要为居民用户，由于电源接入点不同和用电负荷不同，三相负荷很可能不平衡，各相无功需量也不同，采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。

（3）无功控制策略

控制物理量多为电压、功率因数、无功电流，投切方式为：循环投切、编码投切。这种策略没有考虑电压的平衡关系与区域的无功优化。

（4）无功功率存在缺额

低压配电网的负荷性质和其自身的特点决定了其无功功率缺额的存在，如电网中异步电动机的使用，季节用电和负荷分散等特点也导致无功功率存在缺额。

（5）缺乏对无功规划的重视

各的安装电容比例的情况不一样，没有实行功率因素考核的低压用户，差不多没有进行无功补偿。

三、低压电网无功补偿的解决办法

若要解决低压配电网无功补偿存在的问题，首先要做好低压电网无功补偿的规划，其次要选择合理的无功补偿方式。低压电网无功补偿的办法要从多方面着手，以适应负荷类型的要求和用电负荷的需求，提高补偿精度，减少欠补偿和过补偿情况发生。

1、补偿方式

（1）低压电网无功补偿规划的总原则是全面规划、合理布局、分散补偿、就低平衡、这个原则的提出是出于降低电网损耗、提高供电能力的需要，也是电网进行无功补偿最主要的目的。

（2）固定补偿与动态补偿相结合

随着新技术，新设备的应用和发展，负载类型越来越复杂，电网对无功要求也越来越高，因此单纯的固定补偿已经不能满足要求，新的动态无功补偿技术能较好地适应负载变化。

（3）三相共补与分相补偿相结合

新的设备尤其是大量的电力电子、照明等家居设备，都是两相供电，电网中三相不平衡的情况越来越多，导致控制开关跳闸情况频发，三相共补同投同切已无法解决三相不平衡的问题，而全部采用单相补偿则投资较大，目前还不能普及。因此根据负载情况充分考虑经济性的共分结合方式在新的经济条件下日益广泛应用。

（4）稳态补偿与快速跟踪补偿相结合

稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的补偿方式是未来发展的一个趋势。主要是针对大型的钢铁冶金等企业，工艺复杂、用电量大、负载变化快、波动大，充分有效地进行无功补偿，不仅可以提高功率因数、降损节能，而且可以充分挖掘设备的工作容量，充分发挥设备能力，提高工作效率，提高产量和质量，经济效益大。

2、采用先进的投切开关种类

（1）过零触发固态继电器

其特点是动态响应快，在投切过程中对电网无冲击、无涌流，寿命较长，但有一定的功耗和谐波污染，目前运用比较普遍。

（2）机电一体化智能复合开关

该开关是由交流接触器和固态继电器并联运行，综合两种开关的优点，既实现了快速投切，又降低了功耗。目前主要由于成本及可靠性原因应用较少。

（3）机电一体化智能型真空开关

该开关采用低压真空灭弧室及永磁操作机构，可实现电容过零投切，还可适应电容器串联电抗器回路的投切，寿命长，可靠性高，目前正在实现商品化，是无功补偿设备的发展趋向。

3、采用智能型无功控制策略

采集三相电压、电流信号，跟踪系统中无功的变化，以无功功率为控制物理量，以用户设定的功率因数为投切参考限量，依据模糊控制理论智能选择电容器组合，智能投切是针对星—角结合情况。电容投切控制采用智能控制理论，自动及时地投切电容补偿，补偿无功功率容量。根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合，依据“取平补齐”的原则投入电网，实现电容器投切的智能控制，使补偿精度高。

（1）科学的电压限制条件。可设定的过、欠压保护值，可设置禁投（低谷高电压）、禁切（高峰低电压）电压值，具缺相保护功能，以无功功率为投切门限值。

（2）可设置投切延时。延时时间可调（既可支持快速跟踪无功补偿，也可支持稳态补偿），同组电容投切动作时间间隔可设置，对快速跟踪补偿可设置为零。

4、集成综合配电监测功能

综合配电监测功能集配电变压器电气参数测量、记忆、通信于一体，是一套比较完整的配电运行参数测量机构，是低压配电电网中考核单元线损的理想手段。它能随时为电网管理人员提供所需要的各类数据，是为电网的安全运行和经济运行提供可靠的管理依据，是配电电网自动化系统的基本组成部分。主要功能如下：

1）实时监测配变三相数据：电压、电流、功率、功率因数、频率（1～3次谐波）；

2）累计数据记录、整点数据记录和统计数据记录功能，累计计量有功、无功电量；

3）查询统计分析功能并根据输入条件生成各种报表、曲线、棒图、饼图。

一般都配有相关的后台处理软件，大多数可实现网络多机操作与数据共享。

5、集成电压监测功能

根据电压检测仪标准进行采样与数据统计处理，便于用户考核电压合格率，可用于电压监测考核。

6、集成在线谐波监测功能

较好一点的监测终端采用DSP作为CPU，应用FFT快速傅立叶算法，可精确计算测量出电压、电流、功率因数、有功及无功电量等配电参数，还可以分析1～3次谐波，从而实现在线的谐波监测功能，该数据可根据用户要求在后台软件上进行分析处理。

7、模块化结构

当前应用较广的模块化设计结构，将电容器、投切开关、保护集成在一个单元内，形成多种容量规格的标准化单元，其特点是结构与功能的模块化形成满足不同用户要求的系列产品，同时还便于各种装置在使用现场的维修与调整。

四、结束语

总之，在低压电网无功补偿中，要针对不同的无功功率，根据其原理选择不同的无功补偿方法和装置，有效地提高无功功率因素，减少电网输送和配电变压器的损耗，从而优化电网系统，提高电压质量和电能的利用率，推进社会和经济的发展。随着社会科技的快速发展进步，高科技企业的增加，电力企业在如何更好地满足用户不断提高的需求的同时，还要对用户电网进行更全面的管理、监控，提高供用电的安全可靠性，保证用户设备和配电网的安全运行，降低能量损耗。在这个过程中，将有各种新技术、新设备发展起来，未来的无功补偿技术将会更加经济有效。

参考文献

[1]熊森《农村电网的无功补偿和线路损耗》广东科技出版社

[2]王金丽《农村电网降损节能技术措施》农村电气化；2008年第08期；

[3]张磊冯端《县级低压配网无功补偿》农村电气化；2008年第06期；