10 kV無功分散補償技術研究

張雄飛 程 飛

（國網浙江義烏市供電有限公司，浙江金華322000）

0 引言

10 kV配網系統中的無功分散補償包含輸電線路補償、用戶側就地補償、柱上無功補償、隨機補償等多種方式，是一個統一的組合，能夠在輸電線路、用戶終端、柱上等位置進行分散補償，以形成靈活、方便的無功補償策略。但與此同時，這些補償方式也各有優缺點，且對電網的沖擊不容忽視。在此背景下，探索一種沖擊小、電網特性畸變小、補償效果較好的新型10 kV電網無功分散補償技術勢在必行。

1 10 kV無功分散補償技術現狀

1.1 輸電線路補償

這種方式主要是在輸電線路上通過電容器實現，是常見的一種分散補償方式，這種補償方式能夠有效平衡系統內部各元件之間的有功和無功，投資不高而且能夠較快回收，同時也相對便于管理。輸電線路補償的缺點在于，電容器分組補償的適應性和靈活性不強，一旦線路負載發生變化，不方便跟蹤調節。因此，對于重負荷線路，很容易出現補償度不足的問題，因此不太適用于復雜補償和長距離、重負荷補償。

1.2 用戶側就地補償

經過變電站補償、輸電線路補償后，進入用戶側，如果負荷波動不大、相對穩定的話，可以在用戶側進行就地補償，這種單獨補償的方式適用于特殊用戶，比如用電量大的工廠、團體等，這些大型企業和團體可能有較多設備用于生產生活，需調節功率因數，這時候就要進行用戶側就地補償。如果是小型用戶如家用，則并不適合用戶側補償。用戶側補償的優點在于安全、經濟、易用；缺點是應用范圍不廣，如果是小型家庭用戶，還需要結合低壓終端補償來進行。

1.3 柱上無功補償

柱上無功補償主要是用于公變補償，是在線路柱上利用并聯電容器完成無功補償，調節相應的功率因數。這種無功補償方式的優點在于，能夠針對配網中大量的公變需求進行就地補償，不需要在上一級進行補償，能切實解決問題；缺點在于，這種補償方式相對遠離變電站，因此運行維護不方便，一旦發生故障，則檢修不便，需要花費大量人力、物力。

2 晶閘管觸發無功補償系統的設計及仿真分析

2.1 晶閘管觸發無功補償系統的設計

借助電力電子設備靈活補償的特性，引入控制回路，從母線上取得電壓和電流信號進入采集回路，經過信號處理后，從控制裝置輸出控制信號，通過觸發脈沖來對晶閘管進行控制，觸發可控硅器件來導通或關斷晶閘管串補償電路，進行無功補償的精確控制。

晶閘管開關投切應用于無功補償的優點在于，能夠實現無沖擊投切，如果投切的電容器組極性滿足要求，則能夠精確控制其觸發時間，如果能夠及時導通來進行無功補償，則視為成功導通；當晶閘管的電流過零時，自然關斷即可，從而實現“等電壓投入，零電流切除”的方案。

2.2 晶閘管觸發無功補償系統的仿真

使用Matlab仿真軟件對晶閘管觸發無功補償系統來進行仿真，搭建Matlab仿真模型，采用三相電壓源模型模擬10 kV配電網的母線，搭建△型接線的晶閘管補償主電路，采用六脈動觸發晶閘管系統來對10 kV三相電網進行補償。根據仿真模型進行分析，可得：

（1）補償前電網特性：根據仿真波形，補償前電網電壓的波形超前電流60°，是一個標準的感性電路。

（2）補償后電網特性：觸發六脈動晶閘管回路，陸續投入3組電容器，隨著晶閘管回路的導通和電容器投入組數的增加，電流滯后于電壓的相位不斷減少。投入一組電容器，電流滯后于電壓減少到46°；投入兩組電容器，電流滯后于電壓減少到27°；投入三組電容器，電流滯后于電壓減少到8°。三組電容器同時投入的情況下，電壓、電流之間的角差不斷減少，最終呈現接近純阻性回路，達到了無功補償的目的和要求。

根據仿真結果，得出晶閘管觸發無功補償系統在補償前后的功率測試曲線如圖1所示。

如圖1所示，隨著觸發六脈動晶閘管回路，陸續投入三組電容器后，無功補償容量不斷增加，無功功率的曲線呈現下降趨勢，最終穩定的無功功率值降幅顯著。補償前電網無功為2.10 Mvar，投入一組電容后電網無功為1.16 Mvar，投入兩組電容后電網無功為0.90 Mvar，投入三組電容后電網無功為0.40 Mvar，而整體的有功功率曲線是不發生變化的。可見晶閘管控制電容器不斷投入后，無功得到了補償，功率因數得到了提升，取得了應有的補償效果，通過電容器組的投切較好地實現了分級、準確、零沖擊補償。

圖1 投入晶閘管控制補償電容前后功率變化曲線

3 結語

實現零沖擊無功補償的一個重要技術，在于晶閘管觸發電路的設計，本文分析的基于晶閘管觸發的無功電容補償，較好地實現了10 kV電網的無功分散補償，且沖擊小，電網特性畸變小，補償效果較好，有良好的推廣前景。