配电网无功补偿技术应用
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【摘要】采用无功补偿可以提高功率因数，降低线损，减少线路末端电压降落，提高设备利用率，是一项投资少、收益快的节能措施。本文根据无功补偿的原则提出了配电网络进行无功补偿配置的方法。
【关键词】无功补偿，配电网，实例计算，补偿配置。
一、前言
随着社会经济的发展，电网负荷增长迅速，网络结构日益复杂，新电源的不断投入，改变了整个电网的电源分布，其中无功功率分布不合理，造成线路损耗过大，尤其是配电网络功率因数过低、配电线路末端电压水平不高的现象普遍存在。因此，降低电网损耗，提高配电网电压水平，具有重要的现实意义。无功补偿作为电网安全、经济运行的一个重要调整手段，其作用是显著的。
二、无功补偿的作用
2.1、提高功率因数，降低线路损耗
线路中感性负荷电流相位滞后于电压一个角度φ，并联电容器接入电网后，产生容性电流，该电流相位超前电压90°，由于同一时刻容性电流与感性电流相位相反，使得电网功率因数角φ较补偿前减小了，从而使功率因数值 得到了提高。
三相负荷电流的有功功率损耗为：
（1）
式中： ――有功功率损耗；
――线电压； ――线电流； ――电阻；
――输送有功功率； ――功率因数。
从式（1）中可以看出，有功功率损耗与功率因数的平方成反比，无功补偿使得功率因数提高后， 将会降低。当功率因数从0.70提高到0.97时，有功功率损耗降低了一半，降损效果非常明显。
2.2、改善电能质量，提高线路电压水平
电网负荷经过线路时产生的电压损失 简化计算如下：
（2）
式中： ――线路额定电压，kV； ――线路电阻， ；
――输送的有功功率，kW； ――线路电抗， ；
――输送的无功功率，kvar。
安装补偿设备容量 后，线路电压降为 ，如下式所示：
（3）
综合（2）、（3）式可知，接入无功补偿容量 后，线路末端电压升高如下：
（4）
由于越接近线路末端，电抗 越大，从式（4）中可知，越靠近线路末端装设无功补偿装置，电压降低越少。
2.3、提高设备供电能力，提升设备利用率
2.3.1、在设备容量不变的条件下，视在功率S是一定的，视在功率与有功功率、无功功率的关系如下：
（5）
由于无功补偿提高了功率因数，可以少输送无功功率，因此电网可多送有功功率 ，提高电网输电能力， 计算如下：
（6）
式中： ――无功补偿后的功率因数；
――无功补偿前的功率因数；
S――视在功率。
2.3.2、如果有功需求不变，由于补偿后无功输送减少，因此，新装配变容量可以相应的减少 ,如下式：
（7）
三、10kV以下配电网无功优化补偿配置
10kV以下配电网的线损主要是线路损耗及变压器损耗，所以配电网的降损节能，也就是对配电网中所有的电力线路和配变进行无功优化。为了降低无功穿越配变而产生的变压器损耗，10kV线路补偿应以补偿配变固有的空载励磁损耗及10kV线路的无功损耗为主。配变随负荷而变化的漏磁无功损耗和负荷本身的无功消耗应由配变低压侧无功补偿和用户分散就地补偿来解决。
3.1、无功补偿配置原则
无功补偿应根据分级就地平衡和便于调整电压的原则进行配置，实现提高功率因数与降损并重的目的，取得无功补偿的最大经济效益。
3.1.1、集中补偿与分散补偿结合，以分散补偿为主：
集中补偿是在变电站集中装设较大容量的补偿电容器，主要是补偿主变压器本身的无功损耗以及减少变电站以上输电线路的无功输送。集中补偿无法降低10kV以下配电网络的无功损耗，因为用户需要的无功通过变电站以下的配电线路向负荷端输送必然增加线路损耗。分散补偿是指在配电网络中各个分散负荷区，如配电线路、配变和用户的用电设备等进行的无功补偿。分散补偿能够在无功功率最需要的地方做到就地补偿，有效限制了无功电流沿着线路输送，因此，中、低压配电网应以分散补偿为主。
3.1.2、高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主：
由于配电网中的感性负荷设备大多运行在低压配电网络中，低压线路消耗的无功功率占了最大的比例，因此，应该以低压补偿为主。
3.1.3、调压与降损相结合，以降损为主：
利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是为了达到无功电力就地平衡，减小网络中的无功损耗，以达到降低线损。与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压进行适当的调整，这是补偿的辅助目的。当节点电压下降时，电容供给系统的无功功率反而减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。所以，在一般情况下，以降损为主，调压为辅。
3.2、10kV线路高压补偿
对于供电距离远、负荷重、功率因数低的10kV架空线路，补偿装置的安装点应符合无功就地平衡的原则，力争把装置设在线路负荷中心，最大限度减少主干线上的无功电流。无功补偿装置的安装点选择要根据具体情况而定。
3.2.1、负荷均匀分布线路
对于无功负荷均匀分布的配电线路，其补偿装置按 （其中 为不小于1的整数）规则，求得最优补偿方案。考虑到无功补偿装置的运行维护、补偿收益及投资回收期限，沿线的无功补偿点以安装一处为适宜，最多不应超过两处，可以直接连接于主干线上或者较大的分支线上。一个补偿点时，应该是在距离首端占线路全长的2/3处安装无功补偿设备，补偿无功负荷的2/3。线路上前1/3段的无功消耗由变电站提供，中间1/3段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向前流动提供，末1/3段的无功消耗由线路补偿电容器发出的无功向后流动提供，这样线路上无功流动最少，所产生的电压和有功损耗最少。
3.2.2、负荷分布不均匀线路
实际上，无功负荷一般都是不均匀分布的，因此，在实际运行线路中安装无功补偿装置应该对无功均匀分布法进行适当调整。安装点选择应该是以补偿点至线路末端无功负荷约为全部无功负荷的1/3处作为第一条件，在线路相对长度约2/3附近选择相应节点。确定补偿安装点后，补偿无功容量应为末端全部无功负荷与电源点到补偿点之间无功负荷的一半相加，用相对值表示为： 。
3.3、380V低压无功补偿
低压无功补偿通常采用微机控制，跟踪负荷波动分组投切电容器补偿，控制器以无功功率为控制物理量，对电容投切执行元件进行全自动控制，响应及时，补偿迅速，效果很好。
3.3.1、配电变压器随器补偿
配电变压器随器补偿是直接安装低压无功补偿设备在配电变压器低压侧，与配电变压器同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功损耗及感性用电设备的无功损耗。
目前，阳西地区50kVA及以上的配电变压器都按照配电变压器额定容量的20％－30％配置了低压无功补偿装置。由于阳西配电网绝大部分属于农村电网，负荷变化快而且大，为达到最佳补偿效果，装设的低压无功补偿装置均采用自动补偿装置，自动投切适当的容量。
3.3.2、低压负荷中心集中补偿
在供电半径过长、感性负荷重的低压配电线路负荷中心处，集中装设低压线路无功补偿装置也是一种有效降低线损的方法。
低压配电线路一般要求供电半径不超过400米，但是阳西城区低压配电网络由于规划不科学，随着城市建设的发展，现在大部分低压配电线路的供电半径过长，而且，县城小规模厂房众多，感性负荷重，功率因数低，低压配电线路的损耗惊人，部分台区线损达到了30％－40％。在这些低压配电线路的负荷中心装设了低压线路无功补偿设备后，有效降低了线损。
四、结束语
目前，配电网的无功补偿容量一般是按照要求的功率因数来确定的，随着人工智能的发展和大功率电力电子器件技术的高速发展，未来的功率器件容量将逐步提高，控制手段更加多样、准确，应用有源滤波器进行谐波抑制以及应用柔性交流输电系统技术进行无功功率补偿将使得无功补偿设备的合理配置和分布进一步优化。
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