串聯(lián)電容補(bǔ)償在改善配電網(wǎng)電壓中的應(yīng)用

● 湖南·國(guó)網(wǎng)岳陽(yáng)供電公司 李 枚

配電網(wǎng)處于電網(wǎng)的末端。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用戶對(duì)電壓的要求日益提升，而目前許多地區(qū)的配網(wǎng)建設(shè)滯后，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、無(wú)功功率不足，加之負(fù)荷波動(dòng)大，導(dǎo)致電壓偏低，配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量迫切需要改善。目前配電網(wǎng)多采用并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償，其提供的無(wú)功功率與電壓的平方成正比，在電網(wǎng)電壓偏低時(shí)提供的無(wú)功反而降低，具有很大的弊端。而串聯(lián)電容補(bǔ)償則通過在線路中串入電容，有效避免了這一弊端。本文結(jié)合串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)脑?，研究串?lián)電容補(bǔ)償對(duì)改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的作用。

1 串聯(lián)電容補(bǔ)償簡(jiǎn)介

串聯(lián)電容補(bǔ)償是由串并聯(lián)電容器組，旁路開關(guān)，保護(hù)設(shè)備、阻尼設(shè)備和控制設(shè)備等組成。保護(hù)設(shè)備在裝置兩端電壓過高時(shí)將電容器組旁路來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，阻尼設(shè)備的作用是抑制串聯(lián)電容加入系統(tǒng)后可能引起的諧振?？刂破鲗?shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、信息傳遞等功能。

串聯(lián)電容補(bǔ)償是在線路中串入電容器，此時(shí)線路的等效電抗轉(zhuǎn)化為線路感抗與補(bǔ)償容抗之差。串聯(lián)電容補(bǔ)償通過減小線路的電抗值，達(dá)到改善線路電壓質(zhì)量和提高線路傳輸功率的目的。

2 串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)奈恢煤腿萘窟x擇

串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償效果與其安裝地點(diǎn)、負(fù)荷和電源的分布有關(guān)。單組電容器可安裝在配電線路的首端、中央或末端，2組電容器可位于線路的首末段或者1/3和2/3處。目前配電網(wǎng)主要是輻射狀接線，串聯(lián)補(bǔ)償電容裝置的位置選擇要使線路的沿線電壓盡可能均勻，所有的負(fù)荷點(diǎn)的電壓偏差都在允許的范圍內(nèi)，同時(shí)也要兼顧安裝和維護(hù)方便。對(duì)于負(fù)荷集中在線路末端的單電源線路，可以將串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置安裝在線路末端；對(duì)于負(fù)荷均勻分布的線路，可以將串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置安裝在原線路產(chǎn)生1/2線路電壓降處。

線路的串聯(lián)補(bǔ)償度為補(bǔ)償容抗與線路感抗之比，一般可在0～2的范圍內(nèi)選擇。隨著補(bǔ)償度的增大，單位補(bǔ)償容量所提高的電壓會(huì)降低，補(bǔ)償效益會(huì)減小。在滿足配網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)要求的基礎(chǔ)上，安裝較小補(bǔ)償度的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置可以提高經(jīng)濟(jì)性。若采用配網(wǎng)線路單點(diǎn)補(bǔ)償，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的容抗為XC=V1（△V-△VC）/Q1。 其中：△V為補(bǔ)償前線路的壓降；△VC為補(bǔ)償后所需要達(dá)到的線路壓降；V1為線路首端電壓；Q1為線路輸送的無(wú)功功率。

3 串并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)膶?duì)比分析

并聯(lián)電容補(bǔ)償和串聯(lián)電容補(bǔ)償都可以改善配電網(wǎng)的電壓，并聯(lián)電容補(bǔ)償通過提供無(wú)功功率來(lái)調(diào)節(jié)線路端電壓和減小線路損耗，而串聯(lián)電容補(bǔ)償則通過抵消線路的電抗值，減少送端與受端的電氣距離來(lái)達(dá)到此目的。

在配網(wǎng)中串入電抗為XCC的電容時(shí)，線路末端的電壓降為△V=（PR+QX）/V2-QXCC/V2，其中：P、Q 為負(fù)荷的有功和無(wú)功功率；R+jX為線路阻抗；V2為線路末端的電壓。當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，Q增大，V2降低，此時(shí)串聯(lián)電容提供的補(bǔ)償電壓QXCC/V2增大。同理，負(fù)荷降低時(shí)，串聯(lián)電容提供的補(bǔ)償電壓QXCC/V2減小。串聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)于負(fù)荷變化有較好的反饋機(jī)制，能很好地改善配網(wǎng)電壓。而在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處并聯(lián)電抗為XCB的電容進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，此時(shí)線路末端壓降為△V=(PR+QX)/V2-V2X/XCB，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增大時(shí)，V2降低，并聯(lián)電容提供的補(bǔ)償電壓V2X/XCB減小，而系統(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)并聯(lián)電容提供的補(bǔ)償電壓V2X/XCB增大，這與需要的電壓穩(wěn)定的調(diào)節(jié)方向相反。

并聯(lián)電容補(bǔ)償在負(fù)荷大幅增加時(shí)達(dá)不到所需的補(bǔ)償效果，可能造成線路電壓偏低，無(wú)法滿足用戶需求。在配網(wǎng)負(fù)荷均勻分布的線路上采用容量相等的串聯(lián)補(bǔ)償和并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置時(shí)，系統(tǒng)電壓分布情況如圖1所示。串聯(lián)電容補(bǔ)償更能改善配網(wǎng)電壓，對(duì)于長(zhǎng)線路、重負(fù)荷的線路，串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男Ч选?/p>

圖1 串聯(lián)電容補(bǔ)償和并聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)比圖

4 串聯(lián)電容在復(fù)雜配網(wǎng)中的補(bǔ)償效果

隨著電網(wǎng)的發(fā)展擴(kuò)大，配網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，接線更加復(fù)雜。隨著小水電、風(fēng)電、光伏等機(jī)組不斷接入，加之礦業(yè)等用戶輸電線路長(zhǎng)，且?guī)в锌焖僮兓臎_擊性負(fù)荷，配電網(wǎng)的調(diào)壓難度越來(lái)越高。表1是選取配網(wǎng)工業(yè)負(fù)荷為研究對(duì)象，圖2是選取配網(wǎng)接入風(fēng)電為研究對(duì)象，分析串聯(lián)補(bǔ)償在極端條件下的對(duì)電壓的改善作用。

圖2 風(fēng)電接入下串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男Ч麍D

表1 波動(dòng)性負(fù)荷下串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

串聯(lián)電容補(bǔ)償能很好地適應(yīng)配網(wǎng)的各種波動(dòng)性負(fù)荷和隨機(jī)性出力的電源，有效降低線路電壓偏差，能明顯改善復(fù)雜配電網(wǎng)的電壓情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

在薄弱或復(fù)雜配電網(wǎng)中，線路電壓常存在不滿足用戶需求的情況，采用并聯(lián)電容補(bǔ)償來(lái)改善電壓的效果有限，而串聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)波動(dòng)性負(fù)荷或清潔能源接入具有很好的自適應(yīng)效應(yīng)，可以有效降低線路壓降，抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。

小資料

提升電壓質(zhì)量的應(yīng)對(duì)措施

1 傳統(tǒng)方法的應(yīng)用

局部并聯(lián)電容器組。局部并聯(lián)電容器組的調(diào)節(jié)方式可以對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，因此對(duì)電壓偏低的問題可以進(jìn)行良好解決。

調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭。此種調(diào)節(jié)方式可以確保電壓的穩(wěn)定，但缺陷是不能夠改善系統(tǒng)無(wú)功需求平衡狀態(tài)，同時(shí)可能對(duì)變壓器運(yùn)行的可靠性產(chǎn)生影響。

2 電力技術(shù)的應(yīng)用

作為將計(jì)算機(jī)、電力電子和控制等高新技術(shù)運(yùn)用于中低壓配電網(wǎng)，能夠完美解決電壓波動(dòng)和閃變、諧波畸變及電壓不對(duì)稱等問題，從而對(duì)電壓質(zhì)量進(jìn)行提升。涉及到的裝置主要包括：動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器對(duì)敏感負(fù)荷進(jìn)行電源電壓波動(dòng)和閃變的補(bǔ)償；固態(tài)電子轉(zhuǎn)換開關(guān)克服傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)反應(yīng)慢的缺陷來(lái)保障雙回線路的快速切換；靜止調(diào)相機(jī)對(duì)動(dòng)態(tài)非線性負(fù)載進(jìn)行系統(tǒng)功率因素和電壓的調(diào)節(jié)；不間斷穩(wěn)壓電源對(duì)重要負(fù)荷進(jìn)行電源電壓波動(dòng)和閃變的補(bǔ)償。

3 制度手段的應(yīng)用

（1）需求側(cè)管理的強(qiáng)化。臺(tái)區(qū)用戶錯(cuò)峰用電管理工作的開展，積極鼓勵(lì)和引導(dǎo)小型加工等較大負(fù)荷用戶進(jìn)行錯(cuò)峰用電；對(duì)分相用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，定期測(cè)量臺(tái)區(qū)三相不平衡且對(duì)單相負(fù)荷所接相別進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)三相不平衡度進(jìn)行控制；強(qiáng)化營(yíng)銷數(shù)據(jù)的采集和分析工作，切實(shí)開展精細(xì)化營(yíng)銷；對(duì)低壓用戶裝接容量進(jìn)行確定，宣傳和鼓勵(lì)用戶采用節(jié)能電器。

（2）設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作的強(qiáng)化。構(gòu)建完善的電壓無(wú)功設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理制度，一旦發(fā)現(xiàn)電壓無(wú)功設(shè)備存在缺陷或故障要及時(shí)處理，確保電壓無(wú)功設(shè)備的完整性和正常工作；構(gòu)建“低電壓”配電臺(tái)區(qū)臺(tái)賬，結(jié)合配變停電檢修計(jì)劃，確保在負(fù)荷高峰來(lái)臨前對(duì)配電分接頭進(jìn)行調(diào)整；強(qiáng)化電網(wǎng)調(diào)度的電壓管理，對(duì)變電站電壓控制情況進(jìn)行及時(shí)的分析，并且及時(shí)投退電壓無(wú)功設(shè)備。