区域低压配电网无功补偿策略研究

徐婷 冷淼

摘 要：低压配电网作为电力系统的终端，直接给各种类型的电力负荷供电，维持配电网的电压稳定是保证各类用电负荷可靠运行的首要前提，而电压的稳定主要取决于系统的无功平衡。因此，本文在分析比较各类无功补偿设备特点的基础上，提出适用于低压配电网，且分别对应于规划与运行阶段的离线补偿与实时动态补偿策略。

关键词：低压配电网;电压;无功补偿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.192

0 引言

电压是衡量电能质量最重要的指标之一，规定在35kV及以下区域低压配电网正常运行时，电压偏差不得超过，电压质量下降将会对设备寿命、产品质量和产量造成不良影响，严重状态下甚至会威胁到人身和财产安全。而对于电力系统本身，电压质量也是关乎系统安全稳定运行的重要指标。而保证配电网电压稳定最首要的任务是维持系统终端无功功率的平衡。

1 无功补偿设备分析

（1）同步调相机。同步调相机是唯一的有源无功补偿设备，一般都装有电压检测装置，通过对反馈信号的处理自动调节励磁电流，以使其平滑的在过励磁和欠励磁两种运行状态间过渡，在过励磁状态下，向系统中注入无功;在欠励磁状态下，吸收系统中过剩的无功。同步调相机具有有源无功补偿设备独特的优势，即可以根据需要，任意平滑调整输出无功的值，以维持电压稳定。但旋转设备运行维护成本高且复杂，又会产生大约1.5%～5%有功损耗，且容量越小，比重越大。故同步调相机宜大容量集中使用。作为传统的无功补偿设备，同步调相机也因其较慢的响应速度越来越不适应电网的高速发展，因此，其补偿容量的比重呈逐年减少的趋势。

（2） 静止电容器。静止电容器可按三角形或星形接线方式连接在低压变电所母线上。静止电容器用作无功补偿设备，其最大的劣势是只能向系统中注入无功功率，对电压进行单方向的调节，即当系统电压因故降低时，补偿无功反而减少，会造成系统电压的进一步下降，这也是无源无功补偿设备无法克服的缺点。但由于静止电容器结构简单，使用方便，可根据需要分组投切，即可集中又可分散使用等优点，在电力系统各低压母线以及工厂企业等需要提高功率因数的地方广泛采用。

（3） 静止无功补偿器。静止无功补偿器是在静止电容器的基础上发展而来的，考虑到静止电容器只能向系统供给无功的特点，将电抗器与其配合使用，达到既能发出又能吸收无功的目的，是目前最具发展潜力的无功补偿设备。应用最广泛的三种类型分别为晶闸管控制电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC），饱和电抗器型（SR）。晶闸管作为典型的半控型电力电子器件，可根據实际需要，通过控制回路实现弱电对强电的控制，控制方式灵活，应用于无功补偿设备之后，可使电压的调整更加动态、迅速和平滑，在该领域研究晶闸管的控制方式也已成为研究区域配电网无功补偿的热点。

2 低压配电网无功补偿策略

低压配电网终端10kV变380V，是电力系统与用户的重要交接处，然后，由于终端电压等级较低，往往被忽略，因此引发的电压质量差，区域电能损耗大等问题不断突显，本节所研究的低压配电网无功补偿策略即针对这一部分，主要包括两方面内容：一是如何选择补偿容量以及无功补偿电源的最优分配;二是如何根据系统运行状态进行实时动态补偿。

（1）离线补偿。离线补偿即在系统规划初期，根据系统中可能传输的功率大小，确定总体补偿方案，基本途径即选择能够直接反映补偿经济性的目标函数，在满足限定条件的前提下，使目标函数得到最优解，即无功补偿的最优分配。目标函数有多种选择，通常选择网网络损耗为目标函数。假设某一低压配电网终端系统结构如图1所示，为各补偿点至总变电所低压母线的等效电阻，系统运行时段，系统中总传输无功功率分别为。

假定补偿容量为，则可确定目标函数如式2-1所示：

（2-1）

为使网损最小，可另对取偏微分并另其为0，确定补偿容量：

（2-2）

式中，代表年平均无功负荷，为单位补偿的有功损耗，为无功负荷最大值，为最大负荷利用小时数。

（2）实时动态补偿。离线补偿策略对无功进行的补偿是建立在无功年均值的基础上的，而系统的无功负荷波动是经常性、无规律可循的，为了实时响应系统负荷变化，维持无功平衡，就要进行实时动态补偿。为达到实时动态补偿的效果，就要求电力调度室实时采集低压终端电参数，经分析处理，转化为执行命令，远程控制终端无功补偿设备进行实时补偿的调整，以平滑的调整电压。因此，要求调度室的计算机系统要有强大的计算能力，通信畅通无故障。

3 结束语

保证电压质量的首要任务是维持系统无功平衡，本文在分析各种无功补偿设备的特点、应用场合等基础上，针对容易被忽视的系统低压终端，总结出实用的低压配电网无功补偿策略，即系统规划中的离线补偿策略与运行中的实时动态补偿策略，为电力系统终端电压调整提供了依据。

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基金项目：吉林省高校汽车电子技术工程研究中心

作者简介：徐婷（1989-），女，吉林松原人，硕士研究生，讲师，主要研究方向：电气节能、传动系统建模与智能优化控制。

*为通讯作者