電力配網(wǎng)系統(tǒng)的無功補償及其優(yōu)化的研究認識實踐

呂國鵬

摘 要：無功補償就是充分利用無功補償裝置和設(shè)備獲取更多的所需無功功率，從而有效減少電網(wǎng)功率的損耗，提高功率因數(shù)，實現(xiàn)改善電網(wǎng)電壓環(huán)境的目的。在配電網(wǎng)運行過程中，輸電線路存在較大的功率損耗，造成了嚴重的浪費，為了提高經(jīng)濟效益，必須學會合理運用無功補償來降低損耗，提高配網(wǎng)運行效率。本文對電力配網(wǎng)系統(tǒng)的無功補償及其優(yōu)化進行研究分析。

關(guān)鍵詞：電力配網(wǎng)系統(tǒng)；無功補償；優(yōu)化；研究

1 配網(wǎng)無功補償及治理技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 電容補償

電容器因其可提供固定的無功功率，且價格低廉，安裝維護簡單，是目前配網(wǎng)中使用最為廣泛的無功補償設(shè)備。在配電網(wǎng)中電容補償常常與臺區(qū)的饋電、計量等配合使用，即戶外多功能綜合配電柜（JP 柜）。

并聯(lián)電容器雖然可以提高功率因數(shù)，降低損耗，增加系統(tǒng)容量。但因電容補償屬于有級調(diào)節(jié)，補償效果因補償步長、投切速度等差異性很大，導致配網(wǎng)臺區(qū)補償效果較差，無功補償現(xiàn)狀參差不齊，過補、欠補現(xiàn)象十分嚴重。隨著配電網(wǎng)用電負荷的日益增加，除無功補償外，三相不平衡問題、諧波問題等也已經(jīng)越來越突出。而傳統(tǒng)的電容器補償技術(shù)在不平衡治理、諧波治理等靈越局限性越來越強、且效果差，實現(xiàn)難度大。

1.2 靜止無功發(fā)生器

電 力 電 子 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展，靜 止 無 功 發(fā) 生 器（SVG，也 叫STATCOM）應運而生?；?IGBT 的自換相變流技術(shù)的 SVG 裝置，其作為完全可替代電容補償?shù)难a償裝置，具有補償效果好，響應速度快，可綜合治理多重電能質(zhì)量問題等優(yōu)點，目前在國外已取得普遍應用，在我國工業(yè)負荷中也已得到廣泛應用。但在城區(qū)或農(nóng)村配電網(wǎng)中應用較少，多以示范工程、科研項目的形式處在推廣階段。

2配網(wǎng)中的無功補償

無功補償是對無功功率補償?shù)暮喎Q，能夠有效提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器和輸電線路的損耗、提高供電效率、改善供電環(huán)境，無功補償裝置在電力系統(tǒng)中是不可或缺的。從目前的情況看，我國配網(wǎng)中存在形式眾多的無功補償，它們有著各自的側(cè)重點和優(yōu)缺點，在不同時段和區(qū)域有著相應的優(yōu)勢。

2.1 變電站集中補償

變電站集中補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機和靜止補償器等，一般與變電站10 kV母線相連接，以實現(xiàn)對主變壓器空載無功消耗和輸電線路無功功率損耗的集中補償。變電站集中補償?shù)膬?yōu)點在于管理簡單、維護方便，是當前電力系統(tǒng)中廣泛應用的無功補償方式，但基本不具備降損效果。

2.2 隨線補償

隨線補償是指在高壓配電線路上分散安裝相應的并聯(lián)電容器，對配電線路中的無功功率進行補償，能起到提高配網(wǎng)功率因數(shù)、降損和升壓的效果，適用于功率因數(shù)低、負荷重和公變多的長配單線路。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在投資小、回收快和補償率高等方面，但隨線補償?shù)谋Ｗo裝置配置較難，維護和管理中存在很大的問題，且受到安裝環(huán)境等因素的限制，在配網(wǎng)中的應用較少。

2.3 低壓補償

低壓補償可分為低壓集中補償和低壓分散補償兩種。

2.3.1 低壓集中補償

低壓集中補償是指將無功補償自動投切裝置作為控制保護裝置，在低壓母線上并聯(lián)電容器組，以實現(xiàn)對變壓器和低壓配電線路無功損耗的補償。低壓集中補償在用戶專變和農(nóng)村電網(wǎng)中應用廣泛，但在公用變壓器中，受管理和維護問題的制約，很容易形成安全隱患，難以有效利用。

2.3.2 低壓分散補償

低壓分散補償是指在無功負荷相比密集的低壓線路上安裝電容器，以對線路本身和用電設(shè)備消耗的無功功率進行補償。相比于上述補償方式，低壓分散補償在改善電壓質(zhì)量、提升配網(wǎng)供電能力和節(jié)能降耗方面有著非常明顯的優(yōu)勢，不過受低壓負荷分布分散性和隨機性特征的影響，補償位置和補償容量的選擇比較困難，且電容器在輕載時會閑置，影響了設(shè)備的利用率，在我國當前配網(wǎng)中幾乎沒有使用。

2.4 動態(tài)補償

動態(tài)無功補償是一種提升電壓穩(wěn)定性的有效措施，同時，也是實現(xiàn)配網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的客觀需求，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。動態(tài)無功補償?shù)墓δ苤饕w現(xiàn)在：可提升系統(tǒng)潮流可控性，提高配電線路的運行效率；可提升電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性；可改善配網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)；可改善配網(wǎng)功率因數(shù)、降低網(wǎng)損；可改善直流輸電系統(tǒng)的性能等。

3在配網(wǎng)中實現(xiàn)無功補償?shù)拇胧?/p>

3.1 補償點的確立

為了實現(xiàn)配網(wǎng)的無功補償，首先應該對補償點進行有效的、合理的確定。這里還是主要針對于10kV配網(wǎng)來說。

在線路運行中，對無功補償進行計算的方法有很多，比如相對分析法、動態(tài)規(guī)劃法和有功均勻分布法、無功均勻分布法，其中最適合10kV配網(wǎng)的為無功均勻分布法，其具有實用性、簡便性、適用性等優(yōu)點。對于整個線路來說，可以將補償點確定在三分之二處，但是其并不能對整個線路實現(xiàn)無功補償，也只能是就近補償，因此剩余的部分就落在了變電站上，在補償過程中，主要分為三段來進行，中間和末端由補償點來實現(xiàn)，而變電站就為前端提供損耗，盡量將無功補償發(fā)揮到最大，從而有效降低電壓、電能的損耗。在實際中對于補償點的確定，主要是依靠節(jié)點的位置，簡而言之，節(jié)點確定了，補償點也就確定了。

3.2 補償容量的確定

在對無功補償容量進行確定時，就會應用到功率因數(shù)值，主要是考慮補償前后的區(qū)別，功率因素值發(fā)生一點小小的變化，將會給補償容量造成很大的影響，比如由0.95變化到1，感覺只有0.05的差距，但其實會將補償電容增加數(shù)倍，因此，如果將功率因數(shù)值確定為1是非常不合理的，也不符合實際情況，尤其對于高壓補償來說，將會不斷擴大投資成本，雖然成本增加了，但是收益卻是不理想的，就失去了經(jīng)濟效益。

3.3 無功補償設(shè)備的選擇

在選擇無功補償設(shè)備時，必須考慮到適用性及合理性，另外對于設(shè)備的性能特點也要多加注意，對于經(jīng)濟條件比較好的供電單位，在選擇投切裝置時，要以自動化的為主。由于我省地理位置及經(jīng)濟水平的限制，在對無功補償設(shè)備進行選擇時，必須考慮到環(huán)境因素，對電壓的承受能力要進行提前的勘察，盡量提高設(shè)備的耐用性，另一方面，在安裝電容器時，也要考慮到環(huán)境的溫度差距和抵抗電流的能力。

3.4 投切開關(guān)的選擇

為了電容器的良好運行，在選擇投切開關(guān)時，也要注重實用性與合理性，避免電流過大對電容器的沖擊，如果沖擊的次數(shù)過多，就會對電容器造成損壞，降低了電容器的有效使用時間，就會造成設(shè)備的浪費，增加電力運行的代價。在實際的工作中，為了解決此問題，智能化的復合開關(guān)就誕生了，其體積非常小，在處理線路故障時非常靈活，具有自動化功能，而且可靠性也比較高，對于惡劣、復雜的環(huán)境也能很好的適應，具有很好的耐用性，在選擇投切開關(guān)時值得推廣與應用。

4結(jié)束語

總而言之，在當前電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，社會對電力需求不斷增加的情況下，實現(xiàn)有效的電壓控制和合理的無功補償是非常必要的，直接關(guān)系著整個配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行和電壓質(zhì)量穩(wěn)定，需要電力工作人員予以重視。

參考文獻

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