配電系統無功補償方法分析

姜衛義

（國網內蒙古東部電力有限公司開魯縣供電分公司，內蒙古通遼 028400）

0.引言

配電系統中存在大量感性負載，無功功率消耗大，會嚴重影響系統功率因數，加劇線路電壓負荷、有功功率損耗，導致電源效率與質量的壓力影響大。為了處理上述問題，需要做好無功功率補償工作。無功功率補償，關系配電網穩定性，采用無功功率補償方式，能夠確保系統電壓高效且安全。同時，無功功率補償與配電網運行經濟性關聯大，遠距離輸送存在較多無功功率，即使在制約條件下，也可以實現網絡損耗最小化。所以，準確掌握無功功率補償點、補償能力的作用顯著。

1.配電網無功功率補償點的確定原則

（1）按照配電網結構特點，選擇中心節點，科學控制其他節點電壓。（2）按照無功功率就地平衡標準，明確無功負荷大節點。（3）為了確保系統運行經濟性，無功功率按照層次平衡，防止不同電壓等級無功功率耦合[1]。

2.配電網無功功率補償方案

2.1 變電站集中補償

為了提升輸電網絡的功率因數，針對輸電網絡的無功功率，需要采取平衡措施，降低主變壓器的無功損耗。通常情況下，采用變電站集中補償方式。無功功率補償點，選擇10kV母線，將母線作為接入線。補償裝置涉及到靜態補償器、并聯電容器、同步調相機裝置。無功補償設備，被稱為并聯電容器組，設備工作模式是將調壓抽頭，配置到變壓器裝置中，有效調節無功功率補償、電壓等。集中補償方式，能夠有效作用于操作、管理、維護等方面，但是不能降低配電網損耗[2]。

2.2 低壓集中補償方式

現階段，大部分低壓變壓器以集中補償為主。在應用此種補償方式時，通過現代計算機方式，操作和控制低壓并聯電容器柜，跟蹤用戶負載水平，完成電容器補償。集中補償方式，可以有效改善專用變壓器用戶功率因數，確保無功功率平衡，時用戶電壓水平保持平穩的保障，能夠降低配電網、變壓器損耗。盡管集中補償方式應用效果顯著，可以改善用戶體驗，然而卻不適用于電力系統中。（1）系統線路電壓水平，對線路電壓的影響比較大。集中補償方式，會導致線路電壓波動，并非主導性因素。（2）線路參考電壓并未處于標準水平，此時會導致無功電容補償冗余，和實際需求的差距大。（3）在配電系統中，公共變壓器的作用顯著，多安裝在室外桿架上，負載率較低。在公共變壓器中，科學安裝無功補償裝置，會面臨投資成本大、維護管控難度大、利用率不足等問題。

2.3 高壓配電網無功補償法

在配電網系統中，公共變壓器多應用高壓配電線路補償，由于公共變壓器數量多，傳輸期間，功率損耗會持續增加，此時要采用無功功率補償法彌補。此種補償方式應用較多，也被稱為線路無功補償。通常情況下，10kV室外并聯電容器，會改變配電網功率因數，利用電容器方式，降低功率損耗。高壓配電無功優化補償，必須遵循標準化原則，以此獲得最佳補償效果。首先，減少補償點，一條線路應用單點補償法補償，一條為控制方法，復雜度較低，無需設置分組投切裝置；接線方式簡單，單相設置一個電容器。其次，合理控制補償量，按照實時功率因數區間設置，補償容量控制在0.95～1。最后，注重簡化保護方式，熔斷器、氧化鋅避雷器，多采用過電流、過電壓方式保護。高壓配電無功優化補償，可以應用到距離遠、功率因數小、負荷大的電路中，能夠提升補償效率、效果明顯，維護與管理難度小。但是，由于長期固定補償、負載頻繁波動，會嚴重影響適應性[3]。

2.4 用戶終端分散補償方式

在補償方法中，用戶終端分散補償法，可以降低電壓損耗、線路損耗。注重改善線路供電能力，優化電壓質量。然而，應用此種補償方式，面對不同配電變壓器低壓負載波動，會導致電容器輕載限制，還會降低設備利用效率。通過此種補償方式，應當關注到變壓器功率需求，當變壓器功率不滿足要求時，則會影響低壓無功功率補償安裝[4]。

2.5 低壓配電線路無功補償

上文提及的補償方法，能夠有效補償大容量負載，然而380V配電線路長度大，因此線路負荷比較重。線路無功功率持續增加，相應增加電壓損耗與線路損耗。為了處理好上述問題，改善不良影響，需要采用無功功率補償配電方式。低壓配電網也存在弊端，比如配電網布設混亂、分支多、節點多等，為了實現最優補償，必須合理配置補償電容器。

3.選擇配電網無功補償方式

一般來說，通過無功補償方式，能夠作為配電系統的重要補償方案，系統中不存在流通無功電流。然而，實際運行期間不存在理想化情況，由于配電系統輸電電路、負載、變壓器的無功電流比較多。因此，實際電網運行中，操作補償裝置安裝位置，需要應用以下方法[5]：

集中補償變電站高低壓母線；負荷側集中補償；高低壓配電線路分散補償；局部復雜補償。通常情況下，應用集中補償組合方式，可以不斷提升運行效果。公共低壓配電網，多應用分散補償方式。開展無功功率補償工作時，高效處理中壓配電網、高壓配電網問題。針對低壓配電網而言，實施無功功率補償時，會持續增加損耗量，明顯高于中壓配電網、高壓配電網孫傲量。在運行期間，為了獲取最大效益，必須合理選擇無功電源補償裝置安裝部位，可以放置在無功負載點配電線路上。所以，無功電源補償裝置，應當設置在中高壓配電系統，變壓器側端轉移至第二配電系統中。無功配電方案的應用優勢較多，被成功應用到高中壓配電網中。然而，低壓節點數量較多，涉及到多個分支機構，導致未知因素比較多，因此無法應用到公共低壓配電線路中。優化目標，可以減少線路有功功率損耗量，參考高中壓配電線路補償方案、補償理論。針對低壓配電線路無功補償優化，也可以應用經典優化模式，比如2/3法則。當前，在線實時監測系統中，能夠快速分析無功參數、諧波，采用變換模式，從電網內部獲取質量數據，對電網實時控制提出嚴格要求。采用注入式混合有功濾波器，以諧波抑制、輸入無功補償方案方式，能夠降低無功補償損耗，相應提升系統集合程度，高效控制電能質量。此種控制方式，將會成為電能質量管理方向。

4.配電網無功補償的注意問題

（1）明確補償容量。現有功率因數小于1，在提高之后，確保功率因數小于2。因此，在計算補償容量時，涉及到有功計算負荷、平均有功負荷系數、功率因數角的正切值等內容。按照實際運行電壓、額定電壓，準確計算補償電力電容器數量、容量，確保電容器實際補償容量，小于額定容量，優化調整額定容量。（2）明確補償級數。補償級熟，是補償電容器分組數量越大，補償精度越高。增加補償級數后，相應增加裝置成本，擴大箱殼體積。綜合分析補償精度、箱體體積后，容量補償為11級，基本補償為前9級。小容量為2級，有助于提升補償精度。（3）明確投切控制方式。投切控制方式，分為三相分補、三相共補方式。為了縮小裝置體積，提升運行可靠性，按照標準容量，做好電容器分組處理，通過控制器軟件，優化排列和組合電容器，做好投切處理。

5.結語

科學的配電網無功補償，能夠維護系統電壓平衡，同時減少配電網損耗率，提升功率因數，實現配電網高效運行，獲得較高經濟效益。此次研究接受介紹多種無功補償方式與技術，展望諧波抑制技術，全面分析和考慮無功補償配電系統特性問題。實施無功補償時，注重參考節能效益，以最低經濟功率，選擇適宜的電能質量。無論如何配置和分配無功補償設備，都必須按照技術原則、經濟原則，協調最佳方案，全面確保配電網運行效益。