配电网无功补偿方法研究
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摘要：近年来随着城乡电网改造的进行，智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变被广泛应用，它集低压无功补偿、综合配电监测、配电台区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身。同时，充分考虑了与配电自动化系统的结合。文章介绍了电力系统配电网无功补偿的原理和四种补偿方式，提出了配电网无功电压实时控制策略，最后阐述了对配电网进行无功补偿的益处，说明系统的无功补偿可实现无功功率的就地平衡，从而，改善电压质量，减少电网损耗，并且保证电力系统运行的稳定性与经济性。
关键词：电压；无功补偿；原理；补偿方式
电力电子技术、智能控制技术和信息通信技术的不断发展，带动了许多电力新技术、新设备的不断出现，近年来随着城乡电网改造的进行，智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变被广泛应用，它集低压无功补偿、综合配电监测、配电台区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身：同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。配电网电压是电能质量的重要指示之一，各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。当电压偏离额定值较大时会对设备运行带来不良影响，造成产品的质量不合格产量下降，甚至引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。因此保证电网的电压在规定的范围内，是电力系统运行考核的重要指标之一。
一，无功补偿的概述。
衡量电能质量的重要标志之一是电网电压，当电压偏离了规定范围时，有可能损坏用电设备，甚至，危害电网自身的稳定性和经济运行。进行无功补偿可保证电压质量，提高电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥其经济效应。
（一）无功补偿的原理。
配电网无功补偿的原则是“全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”。配电网的无功电压调节装置有有载调压变压器、分组式电容器及电抗器等等。有载调压变压器可以在带负荷的情况下切换分接头达到调整电压的目的，其调节范围较大，一般在15％以上。它是多电压级电网中进行电压和无功控制的重要调节装置，也能使电网损耗达到最小。各变电站可以通过切换变压器的分接头来控制系统在各个时刻的电压变化，使系统电压符合要求。无功补偿装置通常安装在变压器的低压侧，其一，补偿变压器的无功损耗；其二，可以改善系统的功率因数，减少电网中的电能损耗，提高系统的经济性。另外，还可以调整系统电压，维持负荷点的电压水平。但是，由于过度频繁的调节有载分接开关和投切无功补偿装置会引起变压器和开关设备故障，因此，需要严格限制有载调圈压变压器和无功补偿装置的日调节次数。
（二）无功补偿的方式。
1，变电站集中补偿。
变电站集中补偿方式指的是在变电站装设无功补偿装置包括：并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。通常采用调节方式是按照九区图的控制策略，将无功补偿装置与有载调压抽头配合调节，实现电压和无功功率的控制。这种无功补偿方式的优点是维护方便、管理方式简单，缺点是无法降低配电网的电能损耗。
2，低压集中补偿。
低压集中补偿方式主要应用在变压器低压侧，是国内较普遍采用的另一种无功补偿方式。其中补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜，可根据用户负荷水平的波动来投入适当数量的电容器，从而进行跟踪补偿。这种补偿方式可改善专用变压器用户的功率因数，实现无功功率的就地平衡，进一步降低配电网及变压器的电能损耗，从而保证用户的电压水平。然而其缺点在于当线路电压基准偏高或偏低时，无功功率的投切量难以满足实际需求量，就有可能出现无功功率补偿过量或不足的情况。另外，面向用户的公用变压器通常安装在户外杆架上，在这些变压器上安装集中补偿装置则难以维护、控制和管理，容易产生安全隐患。因此，这种无功补偿有一定的局限性。
3，杆上无功补偿。
为了降低线路网损，把户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功功率补偿，这样就可以提高配电网的功率因素，降低线损，提升电压。为了避免因杆上安装并联电抗器远离变电站而引起的保护不易配置、控制成本高、维护难度大、安装环境受限等问题，杆上无功补偿必须做到“补偿点宜少、控制方式从简、不设分组投切、补偿容量宜小、接线宜简单及保护方式简化”等。杆上无功补偿具有投资小、补偿效率分析与探讨高、便于管理和维护等优点。在负荷波动的情况下，这种固定的补偿方式适应能力较差。
4，用户终端分散补偿。
由于低压用户负荷小、波动大、地点分散、管理较难，因此直接在用户末端进行无功补偿将最恰当地维持配电网的电压水平，降低电力系统的电能损耗。尤其是企业和厂矿中的电动机，更应该进行就地无功补偿。这种补偿方法的无功装置应具有智能型控制、免维护、易安装、占地面积小、功能完善等特点。分散补偿的优点是：能大幅降低线损，改善电压质量及提高线路输电能力。缺点是大量电容器轻载时会闲置，设备利用率不高。
二，对配电网进行无功补偿的益处。
（一）无功补偿能够改善电能质量；
（二）无功补偿可降低电能损耗；
（三）无功补偿可提高输电能力；
（四）无功补偿能减少用户的电费支出。
三，配电网无功电压实时控制策略
（一）变电站实时控制策略
变电站的首要原则是保证低压侧母线水平。变电站运行时，系统的无功波动状况对电压的影响较大，因此在调整低压侧电压的时候，应当根据系统无功的情况，对变压器分接头和无功补偿设备进行综合控制。在调节的过程中，要尽量减少主变调档次数和电容器的动作次数，从而保证设备的安全运行。调节变压器分接头可以改变变电站低压侧的母线电压，但不影响无功功率的分配；投切电容器和电抗器一方面可以调节母线电压，另一方面还可以改变无功功率的分配，从而提高功率因数和降低网损。在变电站装设无功补偿装置不仅可以使无功功率就地平衡，还可以实现逆调压，提高系统稳定性。
1,五区图控制策略。
传统的五区图的控制原理是一种基于动作效果预设的、以操作优劣距离为判据、面向VQC装置实施操作的调控策略。变电站中无功控制装置一般有五种基本操作：无功作；升变压器档位；降变压器档位；投无功补偿装置；切无功补偿装置。
五个动作矢量分别为：
(1)不动作矢量：f0(Q，u)=(Q，u)
(2)升档矢量：fl(Q，U)=((Q，u)+dU)
(3)降档矢量：f2(Q，U)=((Q，u)一dU)
(4)投C矢量：f3(Q，u)=((Q―Qc，u+uc)
(5)切C矢量：f4(Q，U)=((Q+Qc，u-u )
2，九区图控制策略。
九区图利用电压和无功构成的判据，规定了电压和无功的上下限，将电压和无功平面分成九个区。除了由电压和功率因数的上下限所同成的区间是稳定的工作区间外，其余8个区间，都会有不同的控制指令操纵无功补偿装置，使运行状态调入最佳的工作区间。
（二）配电网实时控制策略。
九曲图与五曲图组合的控制策略：
对配电网进行无功补偿的目的是提高电压合格率、降低网损，电力系统对无功补偿的控制不仅要求准确性，还要求稳定性。由于配电网是一个阻尼系数很大的系统，过于灵敏的控制有可能会降低其稳定性。为了更好地实现全网最优控制，于是提出了九区图与五区图组合控制的策略。对于全网的变电站，根据设定最优限值曲线，按九区网判断各变电站的无功调压设备的工作点区域及启动区的上下限，仅对有越限的变电站按照五区图进行无功补偿装置的调控。这样，既可减少控制设备的频繁操作，又可保证整个配电网的电压质量和潮流的最优分布。
总之，随着科技的快速发展，传统的低压补偿技术已不能适应新形势下的要求，电力企业在更好地满足用户不断提高的用电需求的同时，还需对用户电网进行更全面的治理与监控。文章列举了配网的无功补偿的几种方式，分析了变电站和全网的无功控制策略，并且，详述了无功补偿的益处。电力系统的运行电压水平同无功功率平衡密切相关，为了确保配电网的运行电压和无功功率具有正常水平，系统的无功补偿必须满足正常电压水平下的无功需求，实现无功功率的就地平衡，从而改善电压质量，减少电网损耗，确保了电网运行的稳定性与安全。