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【摘 要】本文结合无功功率补偿的定义和原理，对配电网中节能降损方面进行了分析，并阐述了无功补偿方式及无功补偿装置的发展方向。
【关键词】无功功率；补偿；配电网
1.前言
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断增加，不但改变了电力系统的网络结构和电源分布，而且造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能出现局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向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。这在与用户直接相关的配电网中显得尤为重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。
2.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。
3.无功补偿的方式
并联电容器为无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效果的不同，按照安装位置的不同，无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿三种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小，利用率更高，但未對变配电所各馈线补偿，仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组的利用率较就地补偿高，因此总的需要量较就地补偿小，是一种相对就地补偿而言比较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，低压补偿为主；调压与降损相结合，降损为主”。下面来具体分析4种无功补偿方式的相关特点。
3.1变电站高压补偿。变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，电容器组的安装容量大都在10000kvar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，因人为因素多，而导致投切效果较差。
3.2线路分布补偿。线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适用于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。
3.3变压器低压母线补偿。变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送，增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。
3.4低压用户分散补偿。低压用户分散补偿也就是低压随机补偿，是将低压补偿电容器组与电动机绕组直接并接，采用刀闸控制和一套保护装置，与电动机一起投切，属于静态补偿。
4.无功补偿的装置
4.1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。
4.2同步补偿机。同步补偿机是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过激磁、欠激磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的激磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，同步补偿机可以直接装设在用户附近就授供应无功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于同步补偿机是旋转电机，故有功功率损耗较大，加之运行维护比较复杂，所以同步补偿机已逐渐被性能更为优越的静止补偿机所代替。
4.3电力电容器。电力电容器只能向系统供给容性的无功功率。电力电容器一般单台容量不大，多成组使用，这样既可集中使用，又可分散使用，具有较大的灵活性。由于电容器组价格较低、损耗较小、维护方便，故为目标使用较为广泛的无功电源之一。但是，电容器的无功功率与所在节点的电压平方成正比，当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率也将减少，结果导致电网电压继续下降，这是电力电容器的主要缺点。
4.4静止补偿器。静止补偿器的特点是利用可控硅开关控制电容器组与电抗器的投切，这样静止补偿器的性能完全可以做到同步补偿器一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自动装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的甲壳虫态稳定性、减弱动态过程等均起着较大的作用。但是由于采用可控硅开关来投切电抗器与电容器组，将使电力系统产生一些附加的高次谐波。静止补偿器既可在接在低压侧，也可通过升压变压器直接接在高压或超高压线路上，这样还对改善长距离较电线路的运性性能起到较大的作用。
5.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] 国家电网公司，国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[Z]，2004.
[2] 梁波，投切无功功率补偿装置导致电压波动的研究[J]，吉林电力，2007 （06）.
[3] 杨金奇，开式网无功功率电源最优分布计算的改进[J]，电力科学与工程，2005 （01）.
【关键词】无功功率；补偿；配电网
1.前言
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断增加，不但改变了电力系统的网络结构和电源分布，而且造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能出现局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向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。这在与用户直接相关的配电网中显得尤为重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。
2.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。
3.无功补偿的方式
并联电容器为无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效果的不同，按照安装位置的不同，无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿三种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小，利用率更高，但未對变配电所各馈线补偿，仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组的利用率较就地补偿高，因此总的需要量较就地补偿小，是一种相对就地补偿而言比较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，低压补偿为主；调压与降损相结合，降损为主”。下面来具体分析4种无功补偿方式的相关特点。
3.1变电站高压补偿。变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，电容器组的安装容量大都在10000kvar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，因人为因素多，而导致投切效果较差。
3.2线路分布补偿。线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适用于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。
3.3变压器低压母线补偿。变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送，增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。
3.4低压用户分散补偿。低压用户分散补偿也就是低压随机补偿，是将低压补偿电容器组与电动机绕组直接并接，采用刀闸控制和一套保护装置，与电动机一起投切，属于静态补偿。
4.无功补偿的装置
4.1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。
4.2同步补偿机。同步补偿机是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过激磁、欠激磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的激磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，同步补偿机可以直接装设在用户附近就授供应无功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于同步补偿机是旋转电机，故有功功率损耗较大，加之运行维护比较复杂，所以同步补偿机已逐渐被性能更为优越的静止补偿机所代替。
4.3电力电容器。电力电容器只能向系统供给容性的无功功率。电力电容器一般单台容量不大，多成组使用，这样既可集中使用，又可分散使用，具有较大的灵活性。由于电容器组价格较低、损耗较小、维护方便，故为目标使用较为广泛的无功电源之一。但是，电容器的无功功率与所在节点的电压平方成正比，当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率也将减少，结果导致电网电压继续下降，这是电力电容器的主要缺点。
4.4静止补偿器。静止补偿器的特点是利用可控硅开关控制电容器组与电抗器的投切，这样静止补偿器的性能完全可以做到同步补偿器一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自动装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的甲壳虫态稳定性、减弱动态过程等均起着较大的作用。但是由于采用可控硅开关来投切电抗器与电容器组，将使电力系统产生一些附加的高次谐波。静止补偿器既可在接在低压侧，也可通过升压变压器直接接在高压或超高压线路上，这样还对改善长距离较电线路的运性性能起到较大的作用。
5.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] 国家电网公司，国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[Z]，2004.
[2] 梁波，投切无功功率补偿装置导致电压波动的研究[J]，吉林电力，2007 （06）.
[3] 杨金奇，开式网无功功率电源最优分布计算的改进[J]，电力科学与工程，2005 （01）.