关于配电网无功补偿的探讨

摘 要：在配电网中存在着大量的无功电流，其流动不但增加了线路的损耗，而且对电能质量具有降低的作用，严重影响了供电企业和用户双方的利益，因此，对配电网进行合理的无功功率补偿十分必要。本文对配电网无功补偿相关问题进行了探讨，分析总结了配电网无功补偿方式、无功补偿容量确定、无功补偿装置选型，构建了配电网无功补偿模型。

关键词：配电网 无功补偿 模型 探讨

中图分类号：TM72 文献标志码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0000-01

近些年来随着我国经济的快速发展，配电网得到了快速的建设，但其中一些问题也逐渐凸显出来，如：设备投运率较低，进行无功补偿的设备较少，无功功率分布的不合理等等，这些都会供电企业和用户都带来了巨大的损失，因此，配电网的无功补偿问题对配电网的建设和运行至关重要。本文对配电网无功补偿相关问题进行了探讨。

1 配电网无功补偿的必要性

配电网中存在大量的感性负荷，较容易出现功率因素偏低的现象，如不采取合理的功率因素补偿，将会造成不良影响：（1）无功在配电网中传输，占据了传输容量，降低了配电线路、配电设备的供电能力；（2）功率因素偏低直接加大了配电网络的损耗，加大了网络的传输容量；（3）功率因素越低，配电线路的压降就会越大，反过来使得用电设备的运行环境更加恶劣；（4）按照现行功率因素考核办法，企业报装容量在100kVA及以上如果功率达不到相关规定要求，将受到相应的电费惩罚。

功率因素偏低不但会影响供电企业的经济运行，亦反过来影响用电企业自身的用电质量和用电成本，因此，合理的无功补偿显得尤为重要，可以增加电网中有功功率的比例常数，减少发、供电设备的设计容量，减少投资，降低线损。

2 配电网无功补偿的方式

通常对配电网进行无功补偿主要有4种补偿方式：即变电站补偿方式、随机补偿方式、配电线路补偿方式及随器补偿方式。

（1）变电站的补偿方式：变电站的补偿方式是在变电站端对配电网进行集中补偿，这种补偿方式不但能够显著地改善配电网的功率因数，而且对提高配电终端的电压具有明显的作用。这种补偿方式通常将补偿的设备联于变电站的10kV母线上，具有运行管理便捷的特点，但这种补偿方式的缺点是无法降低配电网的损耗。（2）配电线路的补偿方式：配电线路的无功补偿通常是在配电线路上安全电容器，为配电线路上的变压器提供所需要的无功。配电线路无功补偿具有节省投资，回收率高，维护方便的特点，特别适用于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路，但这种方式也具有无法在重载情况进行补偿的缺点，适应能力较差。（3）随机补偿方式：所谓随机补偿方式就是组合电动机与低压电容器，通过对保护装置进行控制来投切补偿装置的一种补偿方式。由于在配电网中其很大一部分无功都是消耗在电动机上的，因此可以通过随机补偿方式就地平衡无功，这样就能减小配电线路的损耗，同时也提高了电动机的有功功率。（4）随器补偿方式：所谓随器补偿方式就是指在配电变压器的二次侧配置低压电容器，进而补偿低压配电变压器。随器补偿方式的优点是接线比较简答，系统二次维护方便，能地配电变压器的空载无功进行有效的补偿，保障农网负荷能够就地分配，进而提高了配电变压器的利用效率，对降低无功网络损耗具有重要作用。

3 无功补偿容量的确定

无功补偿容量宜按无功功率曲线或无功补偿计算方法确定，一般采用无功补偿计算方法确定补偿容量，计算公式为：QC=Pca（tgφ1-tgφ2）

式中：QC――人工补偿的无功功率，kvar； Pca――有功计算负荷（kW）；tgφ1――补偿前自然功率因数角正切；tgφ2――补偿后功率因数角正切值。

确定无功补偿容量时，应注意以下两点：（1）当负荷较轻时尽量避免出现过补偿的情况，因为这种情况会造成无功损耗增加，降低了经济性；（2）如果功率因数较高，则此时补偿对于减小损耗所带来的作用将减小，因此通常是将功率因数补偿到0.95即为合理。

4 无功补偿装置选型

无功补偿装置的发展从同步调相机→开关投切固定电容→静止无功补偿器（SVC）→静止无功发生器SVG（STATCOM）的几个阶段，各种无功设备特点如下：

（1） 同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术；（2）开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差；（3）静止无功补偿器（SVC）：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用；（4）静止无功发生器SVG（STATCOM）：目前虽然有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，现代无功功率补偿装置的发展方向。

5 配电网无功补偿模型分析

5.1 目标函数

目标函数主要考虑以下几个方面：1）网损最小；2）电容器投资成本最小；3）电压水平最好；4）第一类、第二类电压稳定裕度最大。

数学模型综合表示如下：

式中：为网损；为系统有功网络损耗；为电容器投资成本；为系统的节点总数；是决策变量，1表示节点处需安装补偿电容器，0则表示不需要；为节点安装的无功补偿容量；为电压偏移量；、、、分别为节点的电压幅值、期望电压幅值、最大允许电压幅值、最小允许电压幅值；为第一类电压稳定裕度的倒数；为第一类电压稳定裕度；为第一类电压稳定裕度指标；为第二类电压稳裕度的倒数；为第二类电压稳定裕度；为第二类电压稳定裕度指标。

2） 等式约束条件

等式约束为潮流约束，即节点有功、无功平衡约束，如下所示：

式中：、、分别为节点注入的有功、无功功率和电压；、、分别为节点、之间的电导、电纳和相角差；为配电网总节点数。

（3） 不等式约束条件

不等式约束包括变压器分接头变比约束，补偿容量约束和节点电压值约束，如下所示：

式中：、分别为变压器变比的上下限；、分别为无功补偿容量的上下限；、分别为节点电压的上下限。

电压稳定裕度与电压上下限约束并不冲突，但是电压稳定的范围要在电压上下限约束范围之内。

6 结论

对配电网进行无功补偿有助于减小无功电流对配电网的影响，提高配电网的电能质量，降低配电线路损耗。在对配电网的无功补偿进行设置时，要进行合理的区域划分和布局，在各种无功补偿方式中选择合理的补偿方法，这样既能有效地提高配电网的电压质量，而且也对提升用电效率具有积极的作用，为打造一个绿色、安全、经济、可靠的配电网奠定坚实基础。

参考文献

[1] 吴慧政，吴慧飞.低压电网中无功补偿技术的应用[J].山西电力，2008（02）：68-69.

[2] 琚志强.论配电网无功功率的补偿[J].宁夏电力，2009（04）：16-20.