摘要：众所周知，通过对配电线路进行无功功率补偿，有效减少无功功率输入，实现节电节能的同时，提高供电质量。在国家节能减排的号召下，对于电力系统的节能技术应用更具现实意义。本篇文章基于此，探讨运用无功功率补偿技术，实现节能用电以及提高用电质量。首先分析无功功率机理，然后提出无功功率补偿技术应用。
关键词：无功功率补偿技术；用电质量；安全用电
在不影响用电质量的前提下，通过一定的技术手段，减少电力系统运行中耗费的电能具有重要意义。这样不仅有利于减少电力生产对生态环境的破坏，同时节省了生产成本。通过运用新技术、新工艺、新材料，并采取科学的管理手段，有效提高用电质量，减少电能损失。
1无功功率产生机理
1.1交流电路的功率以及功率因数
交流电的运行环境中，电阻、电容、电感元件可以通过串联和并联的方式，组成混联形式，但是电路结构和连接形式，并不会改变交流电功率表达式和含义。电路的功率（S）由有功功率（P）和无功功率组成（Q），表达式为：
视在功率：
有功功率P＝Scosφ＝UIcosφ，无功功率Q＝Ssinφ＝UIsinφ，功率因素cosφ＝P/S。对于一般负载来说，功率因数在0~1的范围内变动。例如，工业的异步电动机，其在满载状态下运行，功率因数在0.6~0.8范围内，若是电动机处于空载状态，那么功率因数则在0.2~0.3之间。然而电力电网由许多负载组成，又因为功率因数决定了电路的性质，因此它的电阻、电感和电容性数值大小，都会影响各元件的具体数值。
1.2无功功率表现形式
电路中的无功功率分量，虽然在运行中不会消耗电源能量，但是其在负载、电源之间转换、往返，在这过程需要一定的电流支持，对于电网有较大的影响，容易造成电压波动和闪变，继而影响了供电质量。随着电路的无功功率增大，由此产生的无功电流也随之增大，进一步限制了电源电压输出，电源负载能力降低，在此条件下未能充分利用电源设备容量，造成较大的电能浪费。因此，不论是从节约成本还是提高用电质量的角度分析，需要利用各种技术手段，提高电路功率因数，有功功率分量和电源设备容量利用率，才能最大限度减小线路网的浪费。
2无功功率补偿技术应用
2.1户外高压无功自动补偿装置结构
以某地区10kV的农网无功补偿改造为例，该线路的呈现线路重载、轻载负荷相差悬殊的问题，若是采用10kV固定补偿方式，即将补偿容量提升到大于轻载无功需求的程度，则会提高线路的线损以及系统倒送无功问题。基于此特点，提出户外高压无功自动补偿方案，根据线路的各项参数，配合单级或多级的组合方式，采取并联电容器组的投切，实现补偿无功，将线损降低到一定的程度。
图1无功自动补偿装置结构图
设计的无功自动补偿装置，主要器件由控制器、电容器真空接触器等组成，其结构以及工作原理如图1所示。这种无功补偿装置，控制器根据电压完成相关操作。相比于其他无功补偿装置，这一类型的装置根据操控的需要和实际情况，提供多种控制方式，将控制方式进行改变，实现最好的降损效果。
2.2无功补偿设备选型以及安装位置选取
针对10kV线路分布的变压器消耗的无功功率进行补偿，由此减少上一级变电站无功输送，通过增高线路的功率因数，达到用电节能的目的。基于此要求，在10kV线路负荷最集中的点设置集中补偿单点，这样的设置补偿效率更高，适用于线路较长、分支较多、分支负荷大的线路。对于负载自然功率因数较低的线路，可以采用多点补偿的方式，即在符合集中的位置设置多个无功补偿点。根据运行日志的数据，确定某条无功补偿线路的平均无功负荷和最小无功负荷。当线路达到较大的无功负荷点时，需要考虑线路始端距离以及电容器过电压能力、耐受短路放电能力以及运行环境的有功损耗等。对于10kV线路中存在多个负荷点，那么补偿位置应设置在线路首段2/3处，补偿容量为无功负荷的2/3。电网突加突减无功负荷的仿真分析若对电网进行突加突卸无功性质负荷，电网被注入突变的无功能量，电网在装置并网处电压会发生波动。实际情况中，感性无功负荷的突加突卸情况较多，此时并网点电压会有所下降。利用静止同步补偿器进行无功补偿，向电网注入相应的容性无功，就可补偿电网所需无功，来提高并网点的电压。
2.3无功补偿方式
2.3.1高压配电网无功补偿
这种无功补偿方式，主要对变电站进行集中补偿，通过补偿实现其高压侧功率因数处于最大负荷状态时＞0.95，当处于最低负荷状态时功率因数＜0.95。变电站无功补偿容量配置在35kV~110kV范围内，通过对变压器进行补偿实现无功补偿，以此来弥补负荷侧的不足，补偿容量通常选取主变压器10~30%之间的容量。对于无功补偿配置原则，主要有以下几点：
（1）选取的变电站要求具有连续调节功能的自动无功补偿装置；
（2）对于安装无功补偿装置的变电站，补偿容量可以根据负荷状态，利用动态无功调节单元适当调控；
（3）对于安装自动投切无功补偿装置的变电站，在满足高峰负荷状态的无功补偿需求前提下，可以利用无功调节单元调控；
（4）新建或升级改造的变电站，若是条件允许可以直接安装动态平滑调节无功补偿设备。动态平滑调节无功补偿，适用于发挥枢纽作用以及承担重要供电任务的变电站，采用这种补偿模式，能够保证电网稳定的电压能力，实现最优无功控制。这种补偿方法的精度更高、响应速度更快，便于安装和后期维护。自动投切无功补偿，适用于负荷波动较大的变电站，这种补偿模式能够实现分压、分站平衡，最大程度降低配电网损耗。
2.3.2中低压配电网无功补偿
这种无功补偿方式，针对380V的配电变压器、10kV配电线路杆进行集中补偿，对于100kVA以及10kV的配电变压器处于最大负荷状态时，功率因数＞0.95，二次侧功率＞0.95。对于中低压配电网的无功补偿配置模式，主要有两种：
（1）低压集中补偿+中压线路补偿，这种补偿方式会用于供电半径长、负荷重的10kV馈线，通过集中、线路补偿相结合的方式，有效改善无功补偿容量。这种补偿方法，能够根据线路的负荷变化，根据其变化情况自动调节无功补偿容量，减少无功电流流动，实现电网节能。同时它还改善了补偿过载造成的电压升高问题，有效改善输电性能。
（2）配变低压测集中无功补偿，这种方法适用于供电半径短、负荷轻的馈线，通过它补偿变压器消耗无功功率，维持低压台区的无功平衡，有效降低变压器、配电线路的电能损耗。
2.3.3配电线路应用无功补偿技术
线路无功补偿指采用电容器进行无功补偿线路中，补偿点不能太多，控制方式需要尽量简化处理，通常不进行分组投切，补偿容量不能太大，以免造成过补偿。对保护而言，应尽量简化，将避雷器及熔断器等作为过压及过流保护。采用线路补偿的方式，可以为线路及公用变提供必要无功，不仅回收较快、成本低，而且管理与维护较为方便，尤其适用于负荷较重且功率因数低的较长线路。但是，线路补偿存在适应能力不足，重载条件下补偿效果较差等缺点。城市及农网供电系统中，因为用户以单相负荷为主，且负荷大小与用电时间有所不同，所以电网中必然存在不平衡电流。
这种不平衡还没有规律性可循，很难事先预知，导致系统在很长一段时间内处于不平衡状态。针对不平衡电流，从电力部门角度来讲，除了合理分配负荷外，基本没有其他有效的解决方式。不平衡电流会明显增加铜损和变压器铁损，降低出力，严重时还会威胁到变压器实际运行的安全性，导致三相电压无法保持平衡。采用无功补偿的方式，能解决上述问题。除了能对线路进行无功补偿，还能对有效调整有功电流，将三相功率因数补偿至 1，进而使三相电流保持平衡。从实践效果来看，正确使用无功补偿后，能将功率因数至少补偿到 0.95，并确保不平衡电流小于额定电流的 1/10。
结束语：
综合上述，采用无功补偿减少配电网的无功电流，增加补偿容量，有效降低配电网的电能损耗。通过电能负荷实际变化情况，采用针对性强的无功补偿方法，进一步提高电源利用率，实现节能减排的效果，满足节约用电和用电质量的需求。
参考文献：
[1]刘玥,管红梅.电力电子技术与无功功率补偿技术的联系[J].信息记录材料,2018,19(10):49-50.
[2]周慧娟.电力自动化中智能无功补偿技术的应用研究[J].时代农机,2018,45(06):245.
[3]沈学良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].中国新技术新产品,2017(12):68-69.
[4]谭耀洲,钱琨,孙宁.从无功功率补偿技术谈节约用电和用电质量问题[J].科技创业月刊,2015(15)
[5]多葵永.基于电力工程配电网的无功功率补偿应用分析[J].现代国企研究,2017(08)
论文作者:罗凯芬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
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