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【摘 要】无功补偿是指采用另加无功补偿装置的办法，让无功负荷与无功补偿装置之间进行无功功率交换而不再与电源进行无功功率交换，以提高系统的功率因数，降低能耗，从而大大减少供电线路，改善电网电压质量。本文介绍了配电网无功功率补偿的定义和原理，同时对无功功率补偿的补偿装置与补偿方式进行了阐述。
【关键词】无功功率；补偿；配电网
1.无功功率补偿的定义和原理
无功补偿是指在电网感性负荷中安装并联电容器等容性设备，以补偿感性负荷引起的无功功率，从而减少无功功率在电网中的流动，提高功率因数，改善供电质量。在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90°，纯电容负载中电流超前电压90°。也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180°，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。
2.无功补偿装置
2.1同步发电机。同步发电机除发出有功功率、实现机械能变电能，作为系统的有功功率电源外，同时又是系统最基本的无功功率电源。同步发电机在额定有功功率条件下运行时，所能提供的最大无功功率与发电机的额定功率因数有关。从同步发电机的原理可知，当过激磁时发电机可以发出感性无功功率；而欠激磁时，发电机将要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可以作为正或负的无功电源而发挥其作用。
2.2 同步调相机。同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50%～65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的（1.5%～5%，容量越小，百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5 MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
2.3 静止电容器。静止电容器的结构比较简单，装设容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络的电能损耗。静止电容器的优点是经济、灵活、损耗低、安装维护方便。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。
2.4 静止补偿器。静止补偿器是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置。它是将电力电容器与电抗器并联起来使用，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器。静止补偿器有四种不同类型，即可控饱和电抗器型，自饱和电抗器型，可控硅控制电抗器型，以及可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型静止补偿器。电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小，能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷也有较强的适应性，在我国电力系统中它将得到日益广泛的应用。
3.无功补偿方式
3.1变电站集中补偿方式。变电站进行集中补偿的装置包括静止补偿器、同步调相机和并联电容器等。变电站集中补偿的主要目的是补偿主变的无功损耗、保持变电所电压水平以及改善功率因数等。此种补偿方式的优势表现为：第一，可以在电压器容量保持不变的条件下显著提高设备的利用率，提高供电能力；第二，降低变压器、母线以及高压输电线路的有功损耗；第三，在用电负荷变化的时候，可以在一定程度上调节母线电压，使得电压质量得到一定程度的改善，可以通过自动控制装置进行自动补偿；第四，维护方便，便于管理。变电站集中补偿的缺点表现在以下几个方面：首先，此种补偿方式具有一定的局限性，只能补偿补偿点以上线路的无功损耗，补偿点以下线路的无功损耗无法进行补偿；其次，设备投资较大；第三，相当大的投切容量和合闸冲击电流；昀后，补偿时容易产生过电压，导致系统运行不稳定。
3.2低压集中补偿方式。在配电变压器380V侧集中补偿是目前国内采用较多的一种无功补偿方式，采用低压并联电容器柜，根据用实际的户负荷水平，安装使用一定数量的电容器进行跟踪补偿，实现就地补偿和就地平衡，降低线损，提高补偿效率。这种补偿的优势表现为：首先，对配电变压器或专用压器的无功功率损耗能够进行就地补偿，提高变压器的有功负荷；其次，可以自动追踪无功功率变化改变总的补偿容量，使用户的功率因素保持在合理的范围内，避免产生欠补偿或过补偿。低压集中补偿方式也存在着一些缺点，此种补偿减少补偿点以上线路或变压器本身的无功功率损耗。无功功率的输送还是受到了线路的电抗与电阻的影响，配电线路上的无功损耗并没有降低，所以低压集中补偿容量不能设置的过大。否则，在总负荷较轻或变压器空载运行等情况下，过补偿、无功功率倒送以及用户内部电压等问题就会产生出来。
3.3分散补偿方式。分散补偿是在配电网络中的用电设备、配电线路等分散区实行分散的无功补偿。充分考虑局部负荷大小，进行无功补偿容量的分配，安装电容器在10kV配电线路或公用变压器低压侧上进行补偿。因为配电网中的部分公用变压器未进行低压补偿，限制了补偿度，使得发电厂或变电站需要补充无功缺口。采用10kV户外并联电容器进行无功补偿能够提高功率因素，降低线损。分散补偿的优点是：首先，能够体现分散补偿、就地平衡的原则，能够实行内部无功分区控制，做到分区平衡，降低无功电流导致的电压损失和损耗，适用于负荷比较分散的用户；其次，能够提高设备的承载能力，改善输电线路的运行特性，保证电压水平，减少损耗，从技术上改善我国配电线路过长、末端电压质量差、有功及无功损耗大、符合率低等状况。此种补偿方式的缺点是无法减少0.4kV配电线路的无功损耗；补偿设备的利用率较低，并且补偿设备的维护和管理难度也相对较大；如果电容器不可以分组投切，就无法调整补偿容量，从而导致过补偿的产生。
3.4用户终端就地补偿方式。此种补偿是把不同电压等级的电容器和电动机并接，利用负荷开关、断路器和电动机等设备进行同时投切，主要用于5kV以上的电动机无功补偿。其优点是不用频繁地进行补偿容量调节；可以不配套专门的电气设备；配置灵活、占位少、维护简单、投资少。运用此种补偿方式时应当防止电动机退出运行时造成的自激震荡。
4.结束语
总之，无功电流在系统中大量流动，使线损增加、电能质量降低，对发电、供电、用户三方都产生不良影响。因此必须对系统进行无功补偿，以消除这些不良影响。在补偿技术和装置不断发展和完善的趋势下，无功补偿技术和无功补偿装置会在电网和广大的城乡领域得到广泛应用。
参考文献：
[1] 陈立新，电力系统无功功率补偿的探讨[J]，电力学报，2005（04）.
[2] 于士国，电气自动化中的无功补偿技术分析[J]，硅谷，2011（13）.
[3] 邢栋，浅谈无功功率补偿在电力工程配电网中的应用[J]，机电信息，2012（15）.
【关键词】无功功率；补偿；配电网
1.无功功率补偿的定义和原理
无功补偿是指在电网感性负荷中安装并联电容器等容性设备，以补偿感性负荷引起的无功功率，从而减少无功功率在电网中的流动，提高功率因数，改善供电质量。在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90°，纯电容负载中电流超前电压90°。也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180°，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。
2.无功补偿装置
2.1同步发电机。同步发电机除发出有功功率、实现机械能变电能，作为系统的有功功率电源外，同时又是系统最基本的无功功率电源。同步发电机在额定有功功率条件下运行时，所能提供的最大无功功率与发电机的额定功率因数有关。从同步发电机的原理可知，当过激磁时发电机可以发出感性无功功率；而欠激磁时，发电机将要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可以作为正或负的无功电源而发挥其作用。
2.2 同步调相机。同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50%～65%。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的（1.5%～5%，容量越小，百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5 MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
2.3 静止电容器。静止电容器的结构比较简单，装设容量可大可小，而且既可集中使用，又可分散装设来就地供应无功功率，以降低网络的电能损耗。静止电容器的优点是经济、灵活、损耗低、安装维护方便。为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除，可控硅投切型电容器补偿装置就可以实现补偿功率的调节。
2.4 静止补偿器。静止补偿器是近年来发展起来的一种动态无功功率补偿装置。它是将电力电容器与电抗器并联起来使用，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器。静止补偿器有四种不同类型，即可控饱和电抗器型，自饱和电抗器型，可控硅控制电抗器型，以及可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型静止补偿器。电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小，能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击负荷也有较强的适应性，在我国电力系统中它将得到日益广泛的应用。
3.无功补偿方式
3.1变电站集中补偿方式。变电站进行集中补偿的装置包括静止补偿器、同步调相机和并联电容器等。变电站集中补偿的主要目的是补偿主变的无功损耗、保持变电所电压水平以及改善功率因数等。此种补偿方式的优势表现为：第一，可以在电压器容量保持不变的条件下显著提高设备的利用率，提高供电能力；第二，降低变压器、母线以及高压输电线路的有功损耗；第三，在用电负荷变化的时候，可以在一定程度上调节母线电压，使得电压质量得到一定程度的改善，可以通过自动控制装置进行自动补偿；第四，维护方便，便于管理。变电站集中补偿的缺点表现在以下几个方面：首先，此种补偿方式具有一定的局限性，只能补偿补偿点以上线路的无功损耗，补偿点以下线路的无功损耗无法进行补偿；其次，设备投资较大；第三，相当大的投切容量和合闸冲击电流；昀后，补偿时容易产生过电压，导致系统运行不稳定。
3.2低压集中补偿方式。在配电变压器380V侧集中补偿是目前国内采用较多的一种无功补偿方式，采用低压并联电容器柜，根据用实际的户负荷水平，安装使用一定数量的电容器进行跟踪补偿，实现就地补偿和就地平衡，降低线损，提高补偿效率。这种补偿的优势表现为：首先，对配电变压器或专用压器的无功功率损耗能够进行就地补偿，提高变压器的有功负荷；其次，可以自动追踪无功功率变化改变总的补偿容量，使用户的功率因素保持在合理的范围内，避免产生欠补偿或过补偿。低压集中补偿方式也存在着一些缺点，此种补偿减少补偿点以上线路或变压器本身的无功功率损耗。无功功率的输送还是受到了线路的电抗与电阻的影响，配电线路上的无功损耗并没有降低，所以低压集中补偿容量不能设置的过大。否则，在总负荷较轻或变压器空载运行等情况下，过补偿、无功功率倒送以及用户内部电压等问题就会产生出来。
3.3分散补偿方式。分散补偿是在配电网络中的用电设备、配电线路等分散区实行分散的无功补偿。充分考虑局部负荷大小，进行无功补偿容量的分配，安装电容器在10kV配电线路或公用变压器低压侧上进行补偿。因为配电网中的部分公用变压器未进行低压补偿，限制了补偿度，使得发电厂或变电站需要补充无功缺口。采用10kV户外并联电容器进行无功补偿能够提高功率因素，降低线损。分散补偿的优点是：首先，能够体现分散补偿、就地平衡的原则，能够实行内部无功分区控制，做到分区平衡，降低无功电流导致的电压损失和损耗，适用于负荷比较分散的用户；其次，能够提高设备的承载能力，改善输电线路的运行特性，保证电压水平，减少损耗，从技术上改善我国配电线路过长、末端电压质量差、有功及无功损耗大、符合率低等状况。此种补偿方式的缺点是无法减少0.4kV配电线路的无功损耗；补偿设备的利用率较低，并且补偿设备的维护和管理难度也相对较大；如果电容器不可以分组投切，就无法调整补偿容量，从而导致过补偿的产生。
3.4用户终端就地补偿方式。此种补偿是把不同电压等级的电容器和电动机并接，利用负荷开关、断路器和电动机等设备进行同时投切，主要用于5kV以上的电动机无功补偿。其优点是不用频繁地进行补偿容量调节；可以不配套专门的电气设备；配置灵活、占位少、维护简单、投资少。运用此种补偿方式时应当防止电动机退出运行时造成的自激震荡。
4.结束语
总之，无功电流在系统中大量流动，使线损增加、电能质量降低，对发电、供电、用户三方都产生不良影响。因此必须对系统进行无功补偿，以消除这些不良影响。在补偿技术和装置不断发展和完善的趋势下，无功补偿技术和无功补偿装置会在电网和广大的城乡领域得到广泛应用。
参考文献：
[1] 陈立新，电力系统无功功率补偿的探讨[J]，电力学报，2005（04）.
[2] 于士国，电气自动化中的无功补偿技术分析[J]，硅谷，2011（13）.
[3] 邢栋，浅谈无功功率补偿在电力工程配电网中的应用[J]，机电信息，2012（15）.