配电系统无功补偿方法分析

姜卫义

（国网内蒙古东部电力有限公司开鲁县供电分公司，内蒙古通辽 028400）

0.引言

配电系统中存在大量感性负载，无功功率消耗大，会严重影响系统功率因数，加剧线路电压负荷、有功功率损耗，导致电源效率与质量的压力影响大。为了处理上述问题，需要做好无功功率补偿工作。无功功率补偿，关系配电网稳定性，采用无功功率补偿方式，能够确保系统电压高效且安全。同时，无功功率补偿与配电网运行经济性关联大，远距离输送存在较多无功功率，即使在制约条件下，也可以实现网络损耗最小化。所以，准确掌握无功功率补偿点、补偿能力的作用显著。

1.配电网无功功率补偿点的确定原则

（1）按照配电网结构特点，选择中心节点，科学控制其他节点电压。（2）按照无功功率就地平衡标准，明确无功负荷大节点。（3）为了确保系统运行经济性，无功功率按照层次平衡，防止不同电压等级无功功率耦合[1]。

2.配电网无功功率补偿方案

2.1 变电站集中补偿

为了提升输电网络的功率因数，针对输电网络的无功功率，需要采取平衡措施，降低主变压器的无功损耗。通常情况下，采用变电站集中补偿方式。无功功率补偿点，选择10kV母线，将母线作为接入线。补偿装置涉及到静态补偿器、并联电容器、同步调相机装置。无功补偿设备，被称为并联电容器组，设备工作模式是将调压抽头，配置到变压器装置中，有效调节无功功率补偿、电压等。集中补偿方式，能够有效作用于操作、管理、维护等方面，但是不能降低配电网损耗[2]。

2.2 低压集中补偿方式

现阶段，大部分低压变压器以集中补偿为主。在应用此种补偿方式时，通过现代计算机方式，操作和控制低压并联电容器柜，跟踪用户负载水平，完成电容器补偿。集中补偿方式，可以有效改善专用变压器用户功率因数，确保无功功率平衡，时用户电压水平保持平稳的保障，能够降低配电网、变压器损耗。尽管集中补偿方式应用效果显著，可以改善用户体验，然而却不适用于电力系统中。（1）系统线路电压水平，对线路电压的影响比较大。集中补偿方式，会导致线路电压波动，并非主导性因素。（2）线路参考电压并未处于标准水平，此时会导致无功电容补偿冗余，和实际需求的差距大。（3）在配电系统中，公共变压器的作用显著，多安装在室外杆架上，负载率较低。在公共变压器中，科学安装无功补偿装置，会面临投资成本大、维护管控难度大、利用率不足等问题。

2.3 高压配电网无功补偿法

在配电网系统中，公共变压器多应用高压配电线路补偿，由于公共变压器数量多，传输期间，功率损耗会持续增加，此时要采用无功功率补偿法弥补。此种补偿方式应用较多，也被称为线路无功补偿。通常情况下，10kV室外并联电容器，会改变配电网功率因数，利用电容器方式，降低功率损耗。高压配电无功优化补偿，必须遵循标准化原则，以此获得最佳补偿效果。首先，减少补偿点，一条线路应用单点补偿法补偿，一条为控制方法，复杂度较低，无需设置分组投切装置；接线方式简单，单相设置一个电容器。其次，合理控制补偿量，按照实时功率因数区间设置，补偿容量控制在0.95～1。最后，注重简化保护方式，熔断器、氧化锌避雷器，多采用过电流、过电压方式保护。高压配电无功优化补偿，可以应用到距离远、功率因数小、负荷大的电路中，能够提升补偿效率、效果明显，维护与管理难度小。但是，由于长期固定补偿、负载频繁波动，会严重影响适应性[3]。

2.4 用户终端分散补偿方式

在补偿方法中，用户终端分散补偿法，可以降低电压损耗、线路损耗。注重改善线路供电能力，优化电压质量。然而，应用此种补偿方式，面对不同配电变压器低压负载波动，会导致电容器轻载限制，还会降低设备利用效率。通过此种补偿方式，应当关注到变压器功率需求，当变压器功率不满足要求时，则会影响低压无功功率补偿安装[4]。

2.5 低压配电线路无功补偿

上文提及的补偿方法，能够有效补偿大容量负载，然而380V配电线路长度大，因此线路负荷比较重。线路无功功率持续增加，相应增加电压损耗与线路损耗。为了处理好上述问题，改善不良影响，需要采用无功功率补偿配电方式。低压配电网也存在弊端，比如配电网布设混乱、分支多、节点多等，为了实现最优补偿，必须合理配置补偿电容器。

3.选择配电网无功补偿方式

一般来说，通过无功补偿方式，能够作为配电系统的重要补偿方案，系统中不存在流通无功电流。然而，实际运行期间不存在理想化情况，由于配电系统输电电路、负载、变压器的无功电流比较多。因此，实际电网运行中，操作补偿装置安装位置，需要应用以下方法[5]：

集中补偿变电站高低压母线；负荷侧集中补偿；高低压配电线路分散补偿；局部复杂补偿。通常情况下，应用集中补偿组合方式，可以不断提升运行效果。公共低压配电网，多应用分散补偿方式。开展无功功率补偿工作时，高效处理中压配电网、高压配电网问题。针对低压配电网而言，实施无功功率补偿时，会持续增加损耗量，明显高于中压配电网、高压配电网孙傲量。在运行期间，为了获取最大效益，必须合理选择无功电源补偿装置安装部位，可以放置在无功负载点配电线路上。所以，无功电源补偿装置，应当设置在中高压配电系统，变压器侧端转移至第二配电系统中。无功配电方案的应用优势较多，被成功应用到高中压配电网中。然而，低压节点数量较多，涉及到多个分支机构，导致未知因素比较多，因此无法应用到公共低压配电线路中。优化目标，可以减少线路有功功率损耗量，参考高中压配电线路补偿方案、补偿理论。针对低压配电线路无功补偿优化，也可以应用经典优化模式，比如2/3法则。当前，在线实时监测系统中，能够快速分析无功参数、谐波，采用变换模式，从电网内部获取质量数据，对电网实时控制提出严格要求。采用注入式混合有功滤波器，以谐波抑制、输入无功补偿方案方式，能够降低无功补偿损耗，相应提升系统集合程度，高效控制电能质量。此种控制方式，将会成为电能质量管理方向。

4.配电网无功补偿的注意问题

（1）明确补偿容量。现有功率因数小于1，在提高之后，确保功率因数小于2。因此，在计算补偿容量时，涉及到有功计算负荷、平均有功负荷系数、功率因数角的正切值等内容。按照实际运行电压、额定电压，准确计算补偿电力电容器数量、容量，确保电容器实际补偿容量，小于额定容量，优化调整额定容量。（2）明确补偿级数。补偿级熟，是补偿电容器分组数量越大，补偿精度越高。增加补偿级数后，相应增加装置成本，扩大箱壳体积。综合分析补偿精度、箱体体积后，容量补偿为11级，基本补偿为前9级。小容量为2级，有助于提升补偿精度。（3）明确投切控制方式。投切控制方式，分为三相分补、三相共补方式。为了缩小装置体积，提升运行可靠性，按照标准容量，做好电容器分组处理，通过控制器软件，优化排列和组合电容器，做好投切处理。

5.结语

科学的配电网无功补偿，能够维护系统电压平衡，同时减少配电网损耗率，提升功率因数，实现配电网高效运行，获得较高经济效益。此次研究接受介绍多种无功补偿方式与技术，展望谐波抑制技术，全面分析和考虑无功补偿配电系统特性问题。实施无功补偿时，注重参考节能效益，以最低经济功率，选择适宜的电能质量。无论如何配置和分配无功补偿设备，都必须按照技术原则、经济原则，协调最佳方案，全面确保配电网运行效益。