原创 探析当前配电网的无功补偿优化配置问题

一、无功补偿的含义和原则

  (一)无功补偿的含义

  电网的无功补偿是一种实现就地平衡的有效补偿措施，可以避免由发电机提供无功功率并经过线路传送带来的加大网络损耗、降低电气设备利用率低等问题，可以保证电压稳定及供电质量，在远距离的输电途中提高系统输电稳定、能力及平衡的有功和无功功率。

  (二)无功补偿的原则

  无功补偿在实际操作中需要遵循一定的原则，即规划要完整、布局要合理、补偿要区分、平衡要及时。具体而言，第一，无功补偿既要能满足全部电网的平衡化使用，又要不使局部的分线、分网有所遗漏;第二，无功补偿既要对变电站进行大型的集中补偿，又要对其他的电网设配、线路设施进行分散性的补偿，不能忽略细微之处;第三，针对较长的线路以及分支较繁琐的线路要进行兼顾调节。这部分线路由于面对的情况比较多样，在使用中容易造成损耗，所以对此的补偿到位将会产生显著的改善效果;第四，要将供电部门与零散用户的无功补偿结合起来，否则会造成空载时过度补偿或者满负荷时缺乏补偿，会影响无功补偿所应该起到的调节作用，所产生的结果也就不能更好地改善现状。

  二、无功补偿的现状分析

  (一)纯电容器补偿形式

  由于电容器是非常脆弱的部件，而在当前电网中存在大量的谐滤，在采用纯电容器形式对系统进行无功功率补偿时，谐波电流经常被放大，造成用电设备、补偿电容器、投切开关及相关元件的损坏。

  (二)接触器作为投切开关

  采用接触器作为投切电容器的开关时，响应速度较慢，在用电设备无功变化较快且有冲击性负载的系统中，不能实施有效的跟踪补偿;电容器投入时，会产生较大的涌流;电容器切除时，会产生较高的过电压;电容器再次投入之前需要充分地放电。

  (三)等容循环投切的控制策略

  采用等容循环投切的控制策略时，分组较粗、补偿精度较差;用电系统长期处于欠补偿状态，平均功率因数低。

  (四)普通型控制器

  普通型控制器的抗干扰能力差，经常出现误动作或死机现象，不适合(或不能够)在有谐波的系统中工作;控制器的功能比较简单，不能满足先进(需要多种保护功能)的补偿系统的控制要求。

  (五)以三相共补的补偿形式为主

  在三相不平衡的负载系统中，不能实施有效的分相补偿;保护措施不完善或没有，在补偿设备出现异常时，不能实施有效的保护;柜体结构成套装置的制作一般采用分离元、器件，柜体内部结构复杂，组装工艺难度大。

  (六)元器件整体质量水平不高

  由于元器件分别在不同的生产厂家购买，而元器件质量水平参差不齐，各种元器件之间的参数配合(匹配)不准确或不合理，造成补偿设备运行不可靠，故障率高。

  三、配电网无功补偿的方式及优化表现

  (一)根据等网损微增率确定无功电源的最优分布

  配电网中无功补偿总容量的确定一般要考虑使优化后网络的平均功率因数在0.90以上，另外也取决于电网主管部门的投资力度。如果确定了补偿设备的总容量，要将这些设备配置到网络中的各补偿点去，这是无功电源的最优分布问题。若无功电源最优分布的目标是有功网损最小， 在忽略线路无功损耗的情况下，该问题的数学模型为：

  (二)配电线路的无功补偿

  把电容器安装在线路杆塔上实现的补偿就是所谓的配电线路无功补偿。这种补偿的方式需要注意不能安排太多的补偿点，要采用简单的控制方法，避免分组投切的控制。另外，不能让补偿的容量太大，防止过犹不及。在保护方面也要从简，可以选择熔断器和避雷器作为过流和过压保护所用。线路的补偿方式在于提供线路和共用变压器所需要的无功。它的优点是投资较小、收益较快，在管理和修护方面也很方便，可应用于功率因数不高、负荷过重的长线路。但是这种方式适应力不强，在重载情况下会出现问题。

  (三)随机的无功补偿

  随机补偿主要是指把低压电容器组与电动机相并接，在控制与保护中，把装置与电动机同时投切，以实现无功补偿。例如，在县级的配电网覆盖中，很大的无功功率会在电动机上消耗。如果能够有效地解决这个问题，让电动机的无功补偿趋于平衡化，就能达到减少配电线路的损耗，还能加大电动机的输出功力。这种补偿方式的益处是把无功补偿的装置在用电设备使用时投入，停止使用时自动退出，具有很多优点，例如所占面积较小、安装不复杂、维修较简单、不易出现事故，等等。

  (四)随器的无功补偿

  将低压电容器通过低压熔断器接在配电变压器二次侧，能够起到对配电变压器的空载无功进行补偿的效果，这种方式就叫做随器的无功补偿。配电变压器的空载无功主要是作为农网无功负荷的重点。这种补偿方式的优点是具有简便的接线方式和方便的管理方式，在补偿配电变压器空载无功方面效果显著。尤其是对于农网无功基荷的管理，能够更好地达到无功平衡，进而能够提高配电变压器的实际使用率，对于用户的功率因数也有很好的增高效果，经济性较强，是比较行之有效的方法之一。但是由于这种方式使用的变压器数量多安装散，所以依然存在投资成本高和工作量大的问题。

  (五)跟踪的无功补偿

  跟踪补偿的含义是把控制保护装置设定为无功补偿投切装置，在用户的配电变压器的低压侧实现低压电容器组的补偿。这种方式在一定程度上和随器补偿的作用相似，主要使用的范围是100kVA及以上的专用配电变压器用户。这种方式的优点是能够有效反应无功负荷的变动，运行方式较随意，还能产生很好的补偿效果。但缺点是成本造价太高，自动投切装置的随机性较大、控制保护的装置不简便，容易动一处而影响整体。但是对于大容量大负荷的装配来说还是比较适用的。

  四、结 语

  综上所述，将无功补偿应用于电力系统是一项改善电压质量、减少线路损耗、保障电网安全的重要措施，而且能够及时地平衡无功负荷，提高电网在使用中的经济运行水平，特别对无功补偿的不断优化，能够从更深层次解决在实际运用中的问题和不合理之处，有效降低电费的支出，减轻负担，产生更加显著的经济效益和社会效益，也将实惠普及到每个用户。