夏鹏
国网湖北省电力有限公司汉川市供电公司 湖北 汉川 431600
摘要：电力系统中，大多数的用电设备和电网中的各级变压器都是感性的，电网要对这些感性设备提供大量的无功功率。在消耗无功功率的负载侧产生无功功率，降低由于负载的无功功率消耗对电网产生的影响，提高电网及负载的功率因数，降低电网的电压损耗，提高电网输出的有功功率，提高供电质量。
关键词：电压配电网；无功补偿；应用
1 无功补偿技术的基本情况
1.1 静止无功补偿
随着电力电子技术的发展，交流无触点的投切开关开始被大量应用于电力系统中。静止无功补偿装置主要包括晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。静止无功补偿装置简称静止补偿器（英文缩写为SVC），主要有断路器和电力电子开关两种，由于用断路器作为接触器的开关速度较慢，不能及时跟踪负荷的无功功率变化，所以应用较少。
1.2并联电容补偿
并联电容补偿就是将固定的电容器与感性负载相并联，改变负载的相位角，从而提高负载的功率因数，实现对负载侧的无功补偿。它既可被安装于配电变压器侧，又可对负载进行就地补偿。和调相机相比，其优点是结构简单、经济实用，但由于其阻抗是不变的，所以无功输出的大小不可调节，不能实时适应负荷的无功功率变化，即不能实现动态的无功补偿。
1.3同步调相机
如果电网电压偏低，同步调相机处于过励磁运行状态供给无功功率，此时可调高系统电压；如果电网电压偏高，同步调相机则处于欠励磁运行状态吸收无功功率，此时可调低系统电压。同步调相机实际上是一台空载运行的同步电动机，专门向电网输送无功功率。它不带机械负荷也可以进行过励磁或欠励磁运行。这种自动调节的励磁装置能够在电力系统端电压波动变化时对无功功率进行自动调节，从而维持系统电压，提高系统运行的稳定性。
1.4静止无功发生器
在低压供电无功补偿领域中，比SVC更为先进的现代补偿装置是静止无功发生器（SVG），由于采用高频电力电子开关器件和特殊的电力电子电路结构，通过对控制算法的改进，使得它不仅可以实时、精确地补偿无功功率，而且能够起到滤波和抑制谐波的作用。SVG通过不同的控制，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率，从而进行双向调节。随着大功率电力电子器件的不断发展，SVG在电力系统中的应用也越来越广泛。
2 无功补偿的原理、必要性
2.1 无功补偿的原理
了解无功补偿之前，先介绍一下无功功率。那么，什么叫无功功率？电网中电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，他们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。无功功率虽然不对外做功，但并不是无用功率，它是保证电磁感应设备正常运转的必备条件。在电力负荷为纯电阻电路中，电流矢量与电压矢量同相，纯电感电路中电流矢量滞后于电压矢量90，纯电容电路中电流矢量超前于电压矢量90°。但是在实际供用电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容又有电阻的负载。那么这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数， 式中R为电阻，XL为感抗，这里XL=ωL。当我们对实际电力线路进行并联电容即是无功补偿后，由于流入电容的容性电流与感性电流方向相反，会抵消一部分，电流由原来I1变为I，很明显电流变小了，电压U与电流I的相位差也变小了，即供电线路的功率因数得到了提高，这也正是简单地说明了无功补偿的原理。
2.2 无功补偿的意义
下面我们通过比较无功补偿前与无功补偿后相关数据的变化来说明无功补偿的意义。
无功补偿对电压的影响：在进行无功补偿前，由电路图可知电压降公式为△U1=I1（R+XL）
进行无功补偿后，△U2=I2（R+XL） 通过对比两公式，补偿后I2小于I1而线路中线路电阻与感抗不变，所以有△U1>△U2，即是通过无功补偿减少了电压降从而提高了电力线路的电压质量。
实施无功补偿后，相位角明显变小了即φ2<φ1，所以相位角余弦COSφ2>COSφ1，进而有△P2<△P1，即是在负荷有功功率及线电压、线路电阻不变的情况下，通过无功补偿可以减少线路发热所消耗的功率，进而降低线损。
3 低压配电网中的无功补偿方式
3.1集中补偿方式
集中补償方式是在变电站或配电室的低压母线侧安装补偿设备，以补偿配电变压器空载无功，减少对配电站上级电源的无功需求。采用微机控制的低压并联电容器柜或具有动态补偿功能的静止无功补偿设备，根据用户负荷的变化投入不同数量的电容器进行跟踪补偿，实现较高功率因数运行。低压集中补偿方式更接近于负荷端，可以改善配电变压器及上游电网的无功分布，降低配电站和配电线路的有功损耗，但是不能改善线路中因为无功传输造成的电压降和有功损耗。
3.2分散补偿方式
由于电容器分散在各用户旁，可以就近补偿主要用电设备的无功功率。由于这部分无功功率不再通过线路向上传送，从而使用户上的变压器和配电线路的无功功率损耗相应地减少，适用于变压器下用户较多、功率因数低、用户配电线路分路多而且距离较远的线路。分散补偿方式就是根据需求的无功负荷分布，将电容器组装设在功率因数较低的配电线路中，形成分散的补偿方式，对配电线路或变压器端需要的无功功率进行补偿。
3.3用户终端就地补偿方式
根据国家《供电系统设计规范》（GB50052-95）要求，对于容量较大、负荷平稳并且经常使用的用电设备适合对无功进行单独就地补偿。就地补偿方式只有当用电设备运行时，无功补偿装置才投入，设备停运时无功补偿装置则退出，可提高用电设备供电回路的功率因数，改善负荷端的电压质量，具有经济简单、小巧灵活、维护方便等优点。就地补偿是根据用电设备对无功功率的需求，将低压电容器装设在感性用电设备（主要是电动机）附近，从而直接对这些感性设备的无功功率进行就地无功补偿，所以也称为个别补偿方式。
3.4智能无功补偿
智能无功补偿装置通常具备模块化结构，可将数据检测、投切机构、电容器等所有功能元件集成在一个单元内，具有先进的智能投切装置，可以通过Modem、现场总线、红外、蓝牙等与配网自动化装置有机结合。智能无功补偿在各地低压配电网的公用配变电中被广泛引用，它集低压无功补偿、综合配电监测、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。
4无功补偿的注意事项
4.1防止产生谐振
对于有谐波源的供电线路，应采取增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。
4.2防止过电压
电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏，国标规定“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压”。
4.3功率因数补偿要合理
把功率因数从0.9提高到1.0所需的补偿容量与0.8提高到0.9的补偿容量差不多，但前者的降损幅度却差不多是后者降损幅度的一半。一般情况下，可确定补偿后的功率因数在0.9～0.95之间。
4.4防止过补偿
采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，电动机的磁场得到自励而产生电压向系统倒送无功，多余的无功功率则会抬高运行电压，威胁设备的安全，同时会加大网络损耗，降低节能效果。
结束语
无功补偿实质上就是利用纯电容性电流与纯电感性电流的相位角相差180°，通过在同一线路中同时使用两种相位相反的无功电流，来互相抵消一部分电流，从而使线路上的总电流变小来达到节能降损及提高电压质量的目的。在低压配电网中，不论是从节约电能，还是从提高电压质量而言，合理地对线路进行无功补偿，能起到改善功率因数、提高系统的供电能力的作用，从而使低压配电网经济高效稳定地运行。
参考文献：
[1] 王乙伊. 低压配电网无功补偿方式的研究[J]. 广东电力. 2007（02）
[2] 叶剑. 浅谈配电网无功补偿方式[J]. 农村电工. 2007（07）