【無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用探究10000字（論文）】

PAGEIII無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究?jī)?nèi)容摘要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件，關(guān)系到用戶是否能夠得到安全、優(yōu)質(zhì)的電能。目前使用的補(bǔ)償裝置大多采用固定電容器補(bǔ)償或者分組投切電容器補(bǔ)償，響應(yīng)速度有限并目補(bǔ)償容量有跳變，難以滿足無(wú)功功率快速準(zhǔn)確補(bǔ)償?shù)囊?。合理的無(wú)功補(bǔ)償可以改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制電壓跌落和系統(tǒng)的過電壓，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。根據(jù)一定的配置原則和優(yōu)化原則對(duì)無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)姆绞胶腿萘窟M(jìn)行優(yōu)化配置，能夠有效降低系統(tǒng)損耗，提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。本文介紹了無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康暮鸵饬x，闡述了國(guó)內(nèi)外無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。本文分析了無(wú)功補(bǔ)償原理及補(bǔ)償接線方式，文章通過對(duì)各種無(wú)功補(bǔ)償方式的比較，分析了各種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)木唧w方法和內(nèi)容進(jìn)行了研究分析，為此提出補(bǔ)償點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)分離的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功優(yōu)化規(guī)劃算法。目錄內(nèi)容摘要 I目錄 III1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國(guó)內(nèi)外無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究現(xiàn)狀 12無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砑白饔?32.1無(wú)功補(bǔ)償基本原理 32.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?32.2.1減少電力系統(tǒng)的無(wú)功缺額 32.2.2提高設(shè)備容量的利用率 42.3影響無(wú)功優(yōu)化的因素 42.3.1有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)節(jié)次數(shù)的影響 42.3.2電壓水平的影響 42.3.3負(fù)荷狀態(tài)水平的影響 52.3.4電容器投切次數(shù)的影響 53靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置及電容器的選擇研究 63.1靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的介紹 63.1.1具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR) 63.1.2晶閘管控制電抗器(TCR) 63.1.3晶閘管投切電容器(TSC) 63.1.4靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG) 73.2無(wú)功補(bǔ)償電容器的選擇 83.2.1無(wú)功補(bǔ)償方式及容量確定 83.2.2無(wú)功補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置優(yōu)化方法 83.2.3無(wú)功功率補(bǔ)償電容器的有關(guān)研究 94高壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案分析及優(yōu)化 114.1不同安裝地點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償效果的分析比較 114.1.1變電站高壓集中補(bǔ)償 114.1.2線路分布補(bǔ)償 114.1.3變壓器低壓母線補(bǔ)償 114.1.4低壓終端分散補(bǔ)償 114.2無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備類型及控制量的合理選擇 124.3系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化配置目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方案 124.4補(bǔ)償電容器分組方法 134.5實(shí)例應(yīng)用效果分析 135總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15PAGE161緒論1.1研究背景作為電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)的最末端，配電網(wǎng)直接與用電設(shè)備相連接，是電力系統(tǒng)與電力用戶連接的重要環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行會(huì)直接影響到用戶。當(dāng)無(wú)功電源輸出的無(wú)功功率大于無(wú)功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中損耗時(shí)，負(fù)荷側(cè)的電壓就偏高；當(dāng)無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率小于無(wú)功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中的損耗時(shí)，負(fù)荷側(cè)的電壓就偏低。當(dāng)電壓過高時(shí)，將可能造成各種電氣設(shè)備絕緣受到損害，用電設(shè)備受命大大縮短；當(dāng)電壓過低時(shí)，將使網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗加大，加速電氣設(shè)備的絕緣老化，嚴(yán)重時(shí)甚至可能燒毀電氣設(shè)備，電壓過低還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。長(zhǎng)期以來(lái)，電力部門只是重視用功調(diào)度分配問題，對(duì)無(wú)功功率平衡沒有給予足夠的重視，忽視了無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)和無(wú)功優(yōu)化配置的研究。但是，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)大部分配電網(wǎng)運(yùn)行在自然功率因數(shù)以下。無(wú)功容量不足且響應(yīng)緩慢是我國(guó)配網(wǎng)中長(zhǎng)期存在的問題，每年都會(huì)造成巨大的損耗。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)于配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，配電網(wǎng)直接和負(fù)載相連接，配電網(wǎng)線路和負(fù)載所消耗的無(wú)功功率必須得到平衡，否則會(huì)影響電壓運(yùn)行水平[1]。平衡這些所需的無(wú)功功率如果都由發(fā)電機(jī)提供，并經(jīng)過長(zhǎng)距離輸送將對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生許多不利的影響，如增加系統(tǒng)容量、增加線路損耗、降低電能輸送效率、破壞供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、影響配電設(shè)備的安全運(yùn)行等。為此，有效的手段是進(jìn)行就地補(bǔ)償，即在產(chǎn)生無(wú)功功率負(fù)載上加裝無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，從而達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果。1.2研究意義隨著電力系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化快速發(fā)展和世界各國(guó)對(duì)用電質(zhì)量要求的提高，利用無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)，保證系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，改善運(yùn)行系統(tǒng)功率因數(shù)，提高系統(tǒng)供電質(zhì)量，讓用戶使用優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的電力能源，已成為世界各國(guó)電力人員的共識(shí)。目前，我國(guó)配電網(wǎng)的諧波抑制及無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但由于受電力電子元件耐壓和容量的限制，國(guó)內(nèi)外在高壓系統(tǒng)中進(jìn)行集中的諧波抑制以及無(wú)功補(bǔ)償仍有一定難度。對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償是配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件，關(guān)系到用戶是否能夠得到安全、優(yōu)質(zhì)的電能。配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償能夠有效改善電能質(zhì)量、降低線路損耗從而提高線路的輸電效率、提高線路的輸電能力，而且還能有效提高發(fā)電機(jī)和變壓器的出力。所以，對(duì)配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的研究對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行和提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益都具有重要的意義。1.3國(guó)內(nèi)外無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)研究現(xiàn)狀國(guó)外的配電自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是美國(guó)、日本、英國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，配電自動(dòng)化程度很高，在配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方面都走在了前列[2]。相比于國(guó)外，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家的配電網(wǎng)絡(luò)，我國(guó)的配電網(wǎng)發(fā)展相對(duì)落后，尤其是位于農(nóng)村地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)，長(zhǎng)期面臨著設(shè)備老化、線路網(wǎng)架薄弱等問題。配電網(wǎng)輸電線路長(zhǎng)，分支結(jié)構(gòu)復(fù)雜且負(fù)荷點(diǎn)分散，用電負(fù)荷受季節(jié)影響變化明顯，使得配電網(wǎng)面臨的問題更加復(fù)雜化。日本的配電網(wǎng)無(wú)功配置不同于美國(guó)，日本主張負(fù)載的無(wú)功消耗主要利用“就地補(bǔ)償”來(lái)解決，使配電網(wǎng)線路基本不傳送無(wú)功功率，“就地補(bǔ)償”也采用自動(dòng)化裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容器組的自動(dòng)投切，自動(dòng)化程度很高，能達(dá)到85.4%的自動(dòng)投切率。八十年代以來(lái)，隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以8051單片機(jī)為核心的無(wú)功補(bǔ)償裝置；為了達(dá)到實(shí)時(shí)采集的目的，隨之又出現(xiàn)了以DSP為核心的電腦型智能化產(chǎn)品，可以獲得優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能和設(shè)定某些獨(dú)特的環(huán)節(jié)[3]，使控制器更趨于完善。20世紀(jì)80年代屬于以引進(jìn)為主，自主研發(fā)為輔的嘗試階段。這個(gè)時(shí)期國(guó)產(chǎn)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置技術(shù)水平普遍較低，主要表現(xiàn)在:電壓等級(jí)較低，設(shè)備容量較小。隨著技術(shù)的發(fā)展，到2004年，國(guó)產(chǎn)TCR型SVC第一次成功地應(yīng)用于220kV樞紐變電站中，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化[4]。從國(guó)內(nèi)目前的使用情況來(lái)看，被廣泛使用的無(wú)功補(bǔ)償裝置是晶閘管控制機(jī)械開關(guān)進(jìn)行投切電容器組類型的靜止無(wú)功補(bǔ)償器SVC[5]。隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，LTT的優(yōu)越性越來(lái)越體現(xiàn)出來(lái)，研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LTT，形成競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的自有品牌，可使得無(wú)功補(bǔ)償裝置成本降低、性能提升。在對(duì)響應(yīng)速度要求不高的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，結(jié)合成本考慮，上述靜止無(wú)功補(bǔ)償器的性價(jià)比顯得尤為突出。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，35kV及其以下電壓等級(jí)的工作場(chǎng)合，多使用的是量產(chǎn)化的國(guó)產(chǎn)設(shè)備。但35kV以上的電壓等級(jí)工作場(chǎng)合中，配備無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)仍以ABB、西門子等跨國(guó)公司的產(chǎn)品為主。2無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砑白饔?.1無(wú)功補(bǔ)償基本原理在電力系統(tǒng)中，所謂無(wú)功補(bǔ)償，就是將容性阻抗特性的裝置和具有感性阻抗特性的裝置通過串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接到電力系統(tǒng)中。電力線路在傳輸電能的過程中也要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，l0kV的配電線路的無(wú)功消耗主要是由線路串聯(lián)電抗引起的，所消耗的無(wú)功功率與線路流過電流的平方成正比。把具有容性負(fù)荷的裝置與感性負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路中，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換[6]。無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)脑砜捎脠D2.1來(lái)解釋。圖2.1無(wú)功功率補(bǔ)償原理圖圖2.1中，Q為感性負(fù)荷從電源吸收的無(wú)功功率，Qc為無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償無(wú)功功率，電源輸出的無(wú)功功率減少為：Q'=Q-Qc，，，其中，cosφ為功率因數(shù)，即有功功率和視在功率的比值，其大小代表著電源被利用的程度。它的最大值為1，這時(shí)P=S，電源利用率最高；最小值為0，這時(shí)P=0，表示負(fù)載和電源之間只有往返的無(wú)功功率交換。相同電壓條件下發(fā)送一定的功率，功率因數(shù)越大，線路中的電流越小，線路中的損耗也越小。因此，在電力系統(tǒng)中力求功率因數(shù)接近于1。2.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?.2.1減少電力系統(tǒng)的無(wú)功缺額由于電網(wǎng)架構(gòu)、電網(wǎng)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等的不平衡，導(dǎo)致了某些區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功功率的不足。穩(wěn)定發(fā)電機(jī)等發(fā)電設(shè)備端電壓，保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓穩(wěn)定，提高供電質(zhì)量。無(wú)功功率不平衡，將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓的巨大波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)電壓崩潰事故。因此，必須對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。進(jìn)行長(zhǎng)距離輸電時(shí)，應(yīng)選擇合適的補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)，配備相應(yīng)容量的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)輸電能力。2.2.2提高設(shè)備容量的利用率提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少設(shè)備自身有功功率損耗，提高用電設(shè)備使用效率，延長(zhǎng)用電設(shè)備使用壽命。無(wú)功功率補(bǔ)償作為電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的重要手段，已經(jīng)被很多國(guó)家列入重點(diǎn)研究與應(yīng)用的國(guó)家性電力投資規(guī)劃中，儼然已成為當(dāng)今電力系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。對(duì)電力系統(tǒng)中最常用的變壓器、電動(dòng)機(jī)此類設(shè)備而言，設(shè)備正常工作時(shí)，其視在功率是恒定不變的，改變功率因數(shù)就可以改變?cè)O(shè)備的有功出力情況，從而滿足在負(fù)荷增加時(shí)，設(shè)備仍可提供足夠的有功出力。通常我們使用無(wú)功功率補(bǔ)償來(lái)改變?cè)O(shè)備無(wú)功出力，從而達(dá)到提高設(shè)備功率因數(shù)的目的。2.3影響無(wú)功優(yōu)化的因素2.3.1有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)節(jié)次數(shù)的影響電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制的另一措施是通過改變有載調(diào)壓變壓器的變比，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓，來(lái)控制無(wú)功潮流，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行方式。但是這要受到電網(wǎng)中的有載調(diào)壓變壓器抽頭的位置以及調(diào)節(jié)次數(shù)的限制，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)過中，有載調(diào)壓變壓器變比的頻繁變動(dòng)，不僅會(huì)嚴(yán)重影響變壓器本身的使用壽命甚至直接引起設(shè)備損壞，而且會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此在實(shí)際操作過程中要求盡量減少有載調(diào)壓變壓器抽頭位置的變動(dòng)。2.3.2電壓水平的影響進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化控制的前提是保證電壓水平正常，圖3-1是無(wú)功功率的靜態(tài)電壓特性。圖中和對(duì)應(yīng)著兩種電壓水平Qc1和Qc2分別為和對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率需要供給量EQL+△Q∑表示電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗[7]。從圖2.2可以看出，要維持一定的電壓水平，必然要求無(wú)功功率達(dá)到相應(yīng)的無(wú)功平衡，無(wú)功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)的電壓要求較高時(shí)，在無(wú)功功率不足的情況下，要維持較高的電壓水平是不可能的，這時(shí)就必須投入電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，來(lái)提高節(jié)點(diǎn)的電壓水平；當(dāng)電網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)的電壓要求較低時(shí)，將不能充分利用可投切的電容器，不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此對(duì)不同的電壓水平會(huì)有不同的電容器投切方案。圖2.2電壓水平與無(wú)功平衡的關(guān)系2.3.3負(fù)荷狀態(tài)水平的影響在地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)總的負(fù)荷水平是地區(qū)電網(wǎng)中千萬(wàn)個(gè)用電設(shè)備消耗的功率總和，在不同時(shí)刻，電網(wǎng)中的總負(fù)荷水平是不一樣的：在高峰負(fù)荷狀態(tài)下，電網(wǎng)對(duì)無(wú)功功率的需求大，使得電網(wǎng)的無(wú)功功率得到合理控制；這樣必然導(dǎo)致在不同負(fù)荷水平狀態(tài)下，地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制策略的不同，即可投切電容器的位置和容量不同，因此在地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制中，根據(jù)不同負(fù)荷狀態(tài)水平和分布情況，選擇不同的電容器組投切方案，是優(yōu)化地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的重要手段，負(fù)荷狀態(tài)水平對(duì)電容器投切起著至關(guān)重要的作用。2.3.4電容器投切次數(shù)的影響地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制的主要措施是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)中已有電容器組的無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)中的無(wú)功潮流進(jìn)行合理的調(diào)度，使電網(wǎng)的運(yùn)行方式得到優(yōu)化，但是這要受到電網(wǎng)中的電容器組本身?xiàng)l件、電容器組所在位置以及容量的限制，因?yàn)樵诘貐^(qū)電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)度過程中，有些電容器由于頻繁投切，可能會(huì)造成開關(guān)或電容器等設(shè)備經(jīng)常性損壞，嚴(yán)重影響了控制設(shè)備的使用壽命，因此在實(shí)際運(yùn)行中要求盡量減少電容器組的調(diào)節(jié)次數(shù)。由于電容器投切次數(shù)限制以及可投切電容器的位置的影響，會(huì)影響無(wú)功優(yōu)化控制的結(jié)果，地區(qū)電網(wǎng)優(yōu)化控制的策略也隨之不同。無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用研究3靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置及電容器的選擇研究3.1靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的介紹3.1.1具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置(SR)飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種[8]，相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。具有自飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來(lái)穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來(lái)控制發(fā)出或吸收無(wú)功功率的大小?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制繞組中的工作電流來(lái)控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。這類裝置組成的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置屬于第一批靜止補(bǔ)償器。另外這種裝置還有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的靜止無(wú)功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。3.1.2晶閘管控制電抗器(TCR)兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖3.1所示。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式:BL=BLmax(δ-sinδ)/π和BLmax=1/XL[9]。由于固定電容器的TCR+FC型補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償范圍從感性范圍延伸到容性范圍時(shí)要求電抗器的容量大于電容器的容量，另外當(dāng)補(bǔ)償器工作在吸收較小的無(wú)功電流時(shí)，其電抗器和電容器都已吸收了很大的無(wú)功電流，只是相互抵消而已。圖3.1TCR補(bǔ)償器原理圖在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。。TSC+MSC型補(bǔ)償器通過采用分組投切電容器[10]，在某種程度上克服了這種缺點(diǎn)，但應(yīng)盡量避免斷路器頻繁的投入與切除，減小斷路器的工況。3.1.3晶閘管投切電容器(TSC)為了解決電容器組頻繁投切的問題，TSC裝置應(yīng)運(yùn)而生。其單相原理圖如圖3.2所示。圖3.2TSC型補(bǔ)償器原理圖兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。為了對(duì)無(wú)功電流能盡量做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，總是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，一般用K-1個(gè)電容值為C的電容和電容值為C/2的電容組成2K級(jí)的電容組數(shù)[11]。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。TSC補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化，基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。3.1.4靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，SVG通過將自換相橋式電路直接并聯(lián)到電網(wǎng)上或者通過電抗器并聯(lián)到電網(wǎng)上。SVG根據(jù)直流側(cè)采用電容和電感兩種不同的儲(chǔ)能元件，可以分為電壓型和電流型兩種，如圖3.3所示。圖3.3電壓型SVG補(bǔ)償器原理圖圖3.3所示的原理圖為電壓型補(bǔ)償器，如果將直流側(cè)的電容器用電抗器代替，交流側(cè)的串聯(lián)電感用并聯(lián)電容代替，則為電流型的SVG[12]。SVG通過采用橋式電路的多重化技術(shù)，多電平技術(shù)或PWM技術(shù)進(jìn)行處理，以消除較低次的諧波，并使較高的諧波限制在一定范圍內(nèi)，由于SVG不需儲(chǔ)能元件來(lái)達(dá)到與系統(tǒng)交換無(wú)功的目的，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，SVG在改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高穩(wěn)定性方面具有SVC無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，電子有源濾波器也日益得到完善，由于電力有源濾波器在濾除諧波的時(shí)候與電力系統(tǒng)不發(fā)生諧振，因此目前不少電力系統(tǒng)工作者致力于將電力有源濾波與SVG相結(jié)合的研究，以消除傳統(tǒng)的SVG設(shè)備中并聯(lián)無(wú)源濾波器的所產(chǎn)生的諧振問題。3.2無(wú)功補(bǔ)償電容器的選擇3.2.1無(wú)功補(bǔ)償方式及容量確定無(wú)功補(bǔ)償最好的方式是就地補(bǔ)償，使整個(gè)系統(tǒng)沒有無(wú)功電流的流動(dòng)。在實(shí)際電網(wǎng)當(dāng)中這是不可能做到的，因?yàn)闊o(wú)論是變壓器、輸電線路還是各種負(fù)載，都需要無(wú)功。所以在實(shí)際低壓配電網(wǎng)中就補(bǔ)償電容器安裝的位置不同，無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞娇梢苑譃槿N：集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償(分組補(bǔ)償)和就地補(bǔ)償(單機(jī)補(bǔ)償)[13]。三種方式如圖3.4所示。圖3.4低壓無(wú)功補(bǔ)償裝設(shè)方式集中補(bǔ)償方式是將電容器裝設(shè)在變電站（配電室）的低壓母線上，如圖3.4中C1所示。低壓集中補(bǔ)償方式適用于線路末端負(fù)荷波動(dòng)幅度不大、負(fù)荷容量較大且基荷所占比重較大、地點(diǎn)集中的場(chǎng)合。分組補(bǔ)償方式是將電容器組按低壓配電網(wǎng)的無(wú)功負(fù)荷分布分組裝設(shè)在相應(yīng)的母線上，或者直接與低壓干線相連接，形成低壓電網(wǎng)內(nèi)部的多組分散補(bǔ)償方式，如圖3.1中C2所示。比較適用于用電負(fù)荷點(diǎn)較多(比如多個(gè)車間)，而且距離較遠(yuǎn)時(shí)。就地補(bǔ)償方式是指將電容器組直接裝設(shè)在用電設(shè)備旁邊，就地補(bǔ)償用電設(shè)備(主要是電動(dòng)機(jī))所消耗的無(wú)功功率，如圖3.4中C3所示。電容器組隨電動(dòng)機(jī)同時(shí)投入或退出運(yùn)行，使電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率部分得到就地補(bǔ)償，從而使裝設(shè)點(diǎn)以上線路輸送的無(wú)功功率減少，能獲得明顯的降損效益。3.2.2無(wú)功補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置優(yōu)化方法當(dāng)網(wǎng)絡(luò)總無(wú)功容量確定之后，如何將補(bǔ)償容量合理的分配至各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)以使網(wǎng)絡(luò)的損耗最小、運(yùn)行費(fèi)用最小，獲得最佳的補(bǔ)償效益，這是一個(gè)非常重要的問題。以下將分析比較三種補(bǔ)償容量確定方法。（1）按線損最少確定補(bǔ)償容量無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾康闹皇菧p少損耗，因此，從線損最少的角度來(lái)確定補(bǔ)償容量，是應(yīng)首先考慮的問題。它能保證的只是線損最小，但如果考慮安裝補(bǔ)償電容器的費(fèi)用，就不一定是最經(jīng)濟(jì)的。（2）按年運(yùn)行費(fèi)用最少確定補(bǔ)償容量在無(wú)功負(fù)荷沿線均勻分布的條件下，對(duì)單點(diǎn)補(bǔ)償而言，補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)應(yīng)裝設(shè)在距線路首端為線路全長(zhǎng)的2/3處，補(bǔ)償容量為全線所需無(wú)功容量的2/3時(shí)，線損下降的值將為最大。（3）按年支出費(fèi)用最少確定補(bǔ)償容量所謂的年支出費(fèi)用是指同時(shí)考慮年運(yùn)行費(fèi)用和總投資的回收情況的效益指標(biāo)。這種方法的補(bǔ)償量和投資最小。3.2.3無(wú)功功率補(bǔ)償電容器的有關(guān)研究三角形接線對(duì)應(yīng)于三相共補(bǔ)的方式。如圖3.5所示。傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償大都是采用三相共補(bǔ)的方式，根據(jù)控制器統(tǒng)一采樣，各相投入相同的補(bǔ)償容量。這種補(bǔ)償方式適用于三相負(fù)載基本平衡、各相負(fù)載的功率因數(shù)相近的網(wǎng)絡(luò)。圖3.5并聯(lián)電容器的△接線方式星形接線對(duì)應(yīng)于三相分補(bǔ)方式。如圖3.6所示。三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣，按照需要分別投入不同的補(bǔ)償容量[14]。此種方法適用于各相負(fù)載相差較大，其功率因數(shù)值也有較大差別的場(chǎng)合。與三相共補(bǔ)不同的是：控制器分相進(jìn)行工作，互不影響。當(dāng)然，其價(jià)格高于三相共補(bǔ)的裝置，一般要貴20-30%。圖3.6并聯(lián)電容器的Y接線方式三角形和星形相結(jié)合接線對(duì)應(yīng)于三相共補(bǔ)與三相分補(bǔ)相結(jié)合的方式。如圖3.7所示。三相共補(bǔ)部分的電容器為△接線，三相分補(bǔ)部分的電容器為Y接線。采用此種接線方式的補(bǔ)償裝置，運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活。圖3.8并聯(lián)電容器的△-Y接線方式以上方式各有優(yōu)劣，本文采用第二種方式作為研究方案。4高壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方案分析及優(yōu)化4.1不同安裝地點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償效果的分析比較4.1.1變電站高壓集中補(bǔ)償35kV變電站，主變二臺(tái)，1#變?nèi)萘繛?000kVA，I0%=0.4，UK%=7.83%，35kV側(cè)額定電82A，2#主變?nèi)萘繛?150kV，I0%=0.48，UK%=7.83%，35kV側(cè)電流為52A，兩臺(tái)主變分裂運(yùn)行，35kV線路長(zhǎng)度為7.5km，假設(shè)負(fù)荷率為100%，確定每段母線的補(bǔ)償容量。典型接線方案見圖4.1(a)。其主要目的是改善輸電網(wǎng)的功率因素、提高終端變電所的電壓和補(bǔ)償主變壓器的無(wú)功損耗，但這種方案對(duì)配電網(wǎng)的降損作用很小。鑒于目前S7系列節(jié)能變壓器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和小型化變電站密布點(diǎn)短半徑的原則，一般35kV線路不會(huì)太長(zhǎng)，加之35kV線路的無(wú)功損耗占的比重較小，即使線路長(zhǎng)一些對(duì)整組電容器的容量影響也不會(huì)太大，一般35kV變電站的補(bǔ)償容量確定為主變?nèi)萘康?%～10%為宜。4.1.2線路分布補(bǔ)償為了抑制5次及5次以上諧波電壓的放大,且限制電容器合閘涌流，防止諧波對(duì)電容器造成危害，避免電容器裝置的接入對(duì)電網(wǎng)諧波的過度放大，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，在并聯(lián)電容器中串聯(lián)電抗率為4.5%的電抗器。是在配電線路上安裝并聯(lián)電容器，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地補(bǔ)償，具有投資省、見效快、降損顯著的優(yōu)點(diǎn)，而且安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)工作量小，事故率低，特別適用于線路較長(zhǎng)、負(fù)荷供電點(diǎn)多的配電線路上，在世界發(fā)達(dá)國(guó)家中得到廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是因其負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)，故主要是考慮補(bǔ)償無(wú)功基荷部分；又因該補(bǔ)償方式是長(zhǎng)期固定補(bǔ)償，其適應(yīng)能力較差。4.1.3變壓器低壓母線補(bǔ)償?shù)湫徒泳€方案見圖4.1(b)。它是在配電變壓器380V(400V)側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，其主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡。這種方案對(duì)用戶的降損作用同樣很小。4.1.4低壓終端分散補(bǔ)償?shù)湫徒泳€方案見圖4.1(c)。它是在用戶設(shè)備所在的位置就地補(bǔ)償，這種方式較前三種方式能大大的減少線損、改善電壓質(zhì)量、提高系統(tǒng)供電能力。缺點(diǎn)是投資大，分散以后每個(gè)設(shè)備都單獨(dú)補(bǔ)償，加大了補(bǔ)償設(shè)備的總?cè)萘?，設(shè)備利用率不高。適合于設(shè)備比較集中，單臺(tái)無(wú)功較大且年運(yùn)行小時(shí)數(shù)高的用電設(shè)備。圖4.1(a)高壓集中補(bǔ)償，(b)低壓母線補(bǔ)償，(c)低壓終端分散補(bǔ)償4.2無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備類型及控制量的合理選擇常用的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置由于電容的切投是分級(jí)進(jìn)行的，故產(chǎn)生的補(bǔ)償電流也是階躍式的，無(wú)法使電網(wǎng)無(wú)功功率得到恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償；而新型的TSC+TCR型補(bǔ)償設(shè)備等能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功功率的連續(xù)補(bǔ)償，且響應(yīng)速度快，故補(bǔ)償效果好，但因控制復(fù)雜且價(jià)格昂貴，使用范圍受到了很大的限制。綜上所述，無(wú)功補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和補(bǔ)償設(shè)備類型及控制量的合理選擇是無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化配置的關(guān)鍵。補(bǔ)償裝置的合理配置，不僅能有效的提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，還能提高發(fā)、變電設(shè)備的利用率，降低網(wǎng)損，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極其可觀。4.3系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化配置目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方案通過對(duì)無(wú)功補(bǔ)償在降低電能損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益方面的分析和宣傳，可引導(dǎo)廣大電力用戶主動(dòng)。積極的進(jìn)行就地補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。考慮采用分段自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞?。具體配置方案如下:（1）采用分段配置補(bǔ)償裝置，盡可能做到近距離的補(bǔ)償，避免無(wú)功功率流經(jīng)線路而造成線損。段數(shù)劃分一般可選2-4段，主要是考慮線路的長(zhǎng)短及負(fù)荷的分布。如線路大于800米且負(fù)荷分布均勻，可采用多段，否則采用少段；以負(fù)荷為考慮的重點(diǎn)。（2）對(duì)于線路末端電壓較低的線路，可采用電壓控制補(bǔ)償方式。以電壓作為控制物理量，當(dāng)末端電壓低于規(guī)定值時(shí)，可逐級(jí)投入電容，以電壓值為參考點(diǎn)，從而滿足了末端用電器的基本需求。如一旦出現(xiàn)投入電容大于所需量時(shí)，則由前級(jí)的補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)整個(gè)線路而言，可使其平衡。（3）在變壓器出口端和中段，可以采用功率因數(shù)、無(wú)功電流綜合物理量自動(dòng)控制投切的補(bǔ)償方式，并具有過電壓控制保護(hù)功能。以無(wú)功電流作為控制物理量，可及時(shí)與所配置的每組電容量相比較，所以更能準(zhǔn)確投入，使其達(dá)到理想補(bǔ)償效果。如適當(dāng)調(diào)整過電壓保護(hù)值，可避免在變壓器出口及中段產(chǎn)生過高電壓。4.4補(bǔ)償電容器分組方法由于TSC補(bǔ)償設(shè)備輸出不能連續(xù)調(diào)節(jié)，電容器分組對(duì)補(bǔ)償效果構(gòu)成明顯影響。為了延長(zhǎng)電容器壽命，各組電容器投切頻率應(yīng)盡可能降低，且各組投切次數(shù)應(yīng)基本相當(dāng)。同時(shí)，為了達(dá)到較高補(bǔ)償度，避免過補(bǔ)償，分組容量應(yīng)盡可能的小。本裝置采用二進(jìn)制編碼與等容分組方式相結(jié)合的混合編碼方式：對(duì)前幾級(jí)小容量電容采用二進(jìn)制編碼，后級(jí)大容量電容采用等容編碼。這樣，在保證裝置總補(bǔ)償容量的前提下，既確保了投切精度，又實(shí)現(xiàn)了電容的循環(huán)投切。例如，若確定無(wú)功補(bǔ)償裝置電容補(bǔ)償總?cè)萘繛?50kvar，最小補(bǔ)償精度為10kvar，取最小電容10kvar，前三級(jí)電容采用二進(jìn)制編碼，分別為10、20、40，后級(jí)電容均為40；這樣就可以由10級(jí)電容進(jìn)行投切控制。4.5實(shí)例應(yīng)用效果分析本例以某線路315kVA變壓器的低壓補(bǔ)償為例來(lái)說明，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，我們通過測(cè)試到該臺(tái)變工作情況較穩(wěn)定，三相基本平衡，諧波電壓和諧波電流均未超標(biāo)，可以不設(shè)濾波支路，其用電高峰期時(shí)的負(fù)荷為300kVA，無(wú)功功率為192kVar，視在電流為780A，月均用電量為130000kWh，補(bǔ)償前功率因數(shù)為0.7確定裝置補(bǔ)償容量為150kVar，共分五組，每組電容為30kVar，全部采用三相共補(bǔ)的方式。在變壓器用電高峰期時(shí)，補(bǔ)償裝置全部投入運(yùn)行，此時(shí)變壓器的視在功率降為235kVA，無(wú)功功率為45kVar，功率因數(shù)為0.97，視在電流為620A，月用電量降為126400

kWh，電價(jià)按0.6元／kWh計(jì)算，月節(jié)約電費(fèi)為(130000-126400)×0.6=2160元，裝置的回收期為6～7個(gè)月。5總結(jié)本文通過對(duì)各種無(wú)功補(bǔ)償方式的比較，主要從無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備整體系統(tǒng)規(guī)劃配置及補(bǔ)償裝置自動(dòng)投切控制方案兩個(gè)方面進(jìn)行分析，提出了一些優(yōu)化配置方案意見，不僅能更好的保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。從理論上分析了無(wú)功功率對(duì)配電網(wǎng)電壓和有功損耗的影響機(jī)理，根據(jù)得出的影響機(jī)理，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償方式的選擇和無(wú)功補(bǔ)償容量的計(jì)算進(jìn)行了研究，并對(duì)無(wú)功補(bǔ)償容量和補(bǔ)償位置優(yōu)化方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)合對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)o功補(bǔ)償裝置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)后得到的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確計(jì)算出該地區(qū)具體的無(wú)功功率分布情況，并給出合理科學(xué)的無(wú)功補(bǔ)償規(guī)劃分析，并對(duì)于不同地區(qū)使用的各類無(wú)功補(bǔ)償裝置給出較為準(zhǔn)確的無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化方案。參考文獻(xiàn)沈國(guó)敏，郝服明，毛開富等.低壓電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.26(1):76~80任王德，劉發(fā)友，周勝軍.動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀.電網(wǎng)技術(shù)，2014.28(23):81-83王智.靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置數(shù)字控制系統(tǒng)的研究.武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015吳文輝，劉會(huì)金.靜止同步補(bǔ)償器((STATCOM)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015.22(2):89-94徐益民，劉燦嶺，姜志成.STATCOM原理及控制方法研究.煤礦機(jī)械，2014.27(8):56-58程漢湘，吳春芳，鄂飛，朱約章.觸發(fā)模式變化的StatCom實(shí)驗(yàn)研究.電力電子技術(shù)，2016.39(4):63-65柳春芳，陳劍光，柳山.低壓無(wú)功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用與效益分析.電工技術(shù)雜志，2016(5):33-34王蓉，楊昌興，王會(huì)平.低壓并聯(lián)電容器裝置技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì).電力電容器，2015，1(2):24-28高宇英，劉乾業(yè).智能型低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置若干問題的探討.電力電容器，2017(2):44-45靳龍章，丁毓山.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù).中國(guó)水利水電出版社，2017:21-24劉秀成，陳建業(yè)，等.svc平衡控制方法及其所需信號(hào)的檢測(cè).電工電能新技術(shù)，2016，21（2）：17-21張愛楓，趙宏偉，馮裕釗.無(wú)功補(bǔ)償中的諧波問題分析.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，14(5):