配电网无功优化
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摘要：当今，电力已作为现代社会的主要能源，与国民经济建设和人民生活有着极为密切的关系，越来越多的用户对电压质量提出了更高的要求，如何提高电压质量已经成为电力企业的一个重要目标，而其中无功优化又是提高电压质量的重要手段。
电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响，无功则是影响电压的一个重要因素。对确定规模的10kV配电网络终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本,电力系统无功潮流分布是否合理，不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，优化无功，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。
1无功与线损的关系
因此合理的选择无功补偿点以及补偿容量，能够有效地维持系统的电压水平，提高系统的电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少发电费用。而且由于我国配电网长期以来无功缺乏，尤其造成的线损相当大，因此无功功率补偿是降损措施中投资少回报高的方案。2配电系统无功补偿方案
2.1变电站集中补偿方式
针对输电网的无功平衡，在变电站进行集中补偿，补偿装置包括并联电容器、电抗器等，主要目的是改善输电网的功率因数、提高终端变电站的电压和补偿主变的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的10kV母线上，通常无功补偿装置（一般是并联电容器组）结合有载调压抽头来调节，通过两者的协调来进行电压/无功控制，然而操作上还是较为麻烦的，需要运行人员根据实时电压及有、无功进行分组投切。并且这种方案对配电网的降损起不到什么作用。
VQC装置的投入运行能有效地调节系统的电压和做到无功平衡，并减少运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。但是目前一些厂家的电压无功综合控制系统仍存在较多的问题，以至于不少的变电站中虽然安装有VQC装置，但是实际却没有投入运行，或者虽然投入运行，却存在较大的事故隐患。
2.2杆上补偿方式
目前10千伏配网上很大的无功缺口需要由变电站来填补，大量的无功沿线传输使得配电网网损仍然居高难下。因此可以采用10kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上（或另行架杆）进行无功补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置、控制成本高、维护工作量大、受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。因此，杆上无功优化补偿必须结合以下实际工程要求来进行：（1）补偿点宜少，一条配电线路上宜采用单点补偿，不宜采用多点补偿,安装位置的确定线路出口电压较高，无需进行补偿，线路末端电压偏低，电容器运行困难，可以将自动补偿装置安装在距线路电源侧2/3处。如果线路较长，可根据负荷情况选择两处补偿点，一处安装在线路2/5处，另一处在4/5处；（2）控制方式从简。杆上补偿不设分组投切；（3）补偿容量不宜过大。补偿容量太大将会导致配电线路在轻载时的过电压和过补偿现象；另外杆上空间有限，太多的电容器同杆架设，既不安全，也不利于电容器散热；（4）接线宜简单。最好是每相只采用一台电容器装置，以降低整套补偿设备的故障率；（5）保护方式也要简化。主要采用熔断器和氧化锌避雷器分别作为过流和过电压保护。显然，杆上无功补偿主要是针对10kV馈线上沿线的公用变所需无功进行补偿，这种补偿方式具有投资小，回收快，补偿效率较高，便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长配电线路，但是因负荷经常波动而该补偿方式是长期固定补偿，故其适应能力较差，主要是补偿了无功基本负荷，在线路重载情况下补偿度一般是不能达到0.95。应该开发电容器组能自动投切的杆上自动无功补偿技术,可以根据配网无功潮流分布情况实时补偿，达到最佳效果。
2.3用户终端分散补偿方式
《供电系统设计规范》指出，容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿。故对于企业和厂矿中的电动机，应该进行就地无功补偿，即随机补偿；针对小区用户终端，由于用户负荷小，波动大，地点分散，无人管理，因此应该开发一种新型低压终端无功补偿装置，并满足以下要求：①智能型控制，免维护；②体积小，易安装；③功能完善，造价较低。
与前面三种补偿方式相比，本补偿方式将更能体现以下优点：①线损率可减少20%；②减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；③释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是由于低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时的闲置，设备利用率不高。
3配电网无功优化遇到的问题
(1)优化的问题。目前无功补偿的出发点往往放在用户侧，只注意补偿用户的功率因数。然而要实现有效的降损，必须从电力系统角度出发，通过计算全网的无功潮流，确定配电网的补偿方式、最优补偿容量和补偿地点，才能使有限的资金发挥最大的效益。无功优化配置的目标是在保证配电网电压水平的同时尽可能降低网损。由于它要对补偿后的运行费用以及相应的安装成本同时达到最小化，计算过程相当复杂。
(2)量测的问题。目前10kV配电网的线路上的负荷点一般无表计或部分安装了负荷测录仪，人员的技术水平和管理水平参差不齐，表计记录的准确性和同时性无法保证。这对配电网的潮流计算和无功优化计算带来很大困难。要争取带专变房的用户的支持，使他们能按一定要求进行记录。380V终端用户处通常只装有有功电度表，要实现功率因数的测量是不可能的。这也是低压无功补偿难于广泛开展的原因所在。
(3)谐波的问题。电容器本身具备一定的抗谐波能力，但同时也有放大谐波的副作用。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波的放大作用，将使系统的谐波干扰更严重。因而做无功补偿时必须考虑谐波治理，在有较大谐波干扰，又需要补偿无功的地点，应考虑增加滤波装置。
(4)无功倒送的问题。无功倒送会增加配电网的损耗，加重配电线路的负担，是电力系统所不允许的。尤其是采用固定电容器补偿方式的用户，则可能在负荷低谷时造成无功倒送，这引起充分考虑。
综上所述，10kV配电网的无功补偿工作应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响（包括网损）。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，则电力系统的收益将比分散的纯用户行为的补偿方式要大得多。
