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浅谈低压智能无功补偿
添加时间：2016/1/12 17:24:02 来源：上海波亮电器制造有限公司
目前，我国输配电网无功缺乏，备用容量严重不足，无功补偿装置缺少灵活的调节能力，其中由于无功不足原因而产生电压降落、电能传输损耗大、线路输送容量降低和网络稳定性下降等问题表现尤为突出。近年来，随着大功率非线性负荷用户的不断增多，对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势，缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大，导致电网线损增加，使得系统电压合格率不高。此外，电网的发展，系统稳定性问题越发重要。电网的损耗、电压及功角稳定性与无功功率快速、有效提供有关。我国互联电网已经进入了大电网、大机组时代，大量的无功在网间传送，造成了巨大的网络损耗。故此大量的无功不适应于远距离的传输，无功功率一般采取分层分区平衡、就近补偿的原则。
2、无功补偿的理论分析
电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工做的。磁场所具有的磁场能是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器，在一个周期内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，它存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源和电感、电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网的电压质量，增加电网的线损率。
由上述分析可见，要减少电力网中的电压损耗和电网的线损率，提高用户端的电压质量的重要措施之一，是减少电力网元件中的无功传输，可以从提高负荷的自然功率因数和进行无功补偿两方面来解决这个问题。
2.1 无功补偿的原理
无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
采用无功补偿措施后，电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗的下降，从而提高了供电效率。
2.2 低压电网中的几种无功补偿的方式
提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。因此，影响功率因数的主要因素有三种，一是异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备；二是供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响；三是电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。
针对影响功率因数的一些主要因素，要寻求一些行之有效的、能够使低压电网功率因数提高的一些实用方法，使低压电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。常采用地方式有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
（1）随机补偿，是指将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁为主，此种方式可较好的限制用电单位的无功负荷。
随机补偿地优点是：用电设备运行时，无功补偿投入；用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。更具有投资少、占位小、配置灵活、维护简单方便、事故率低等优点。为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。
（2）随器补偿，是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，从而导致电费单价的增加。
随器补偿的优点是：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，是该部分的无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的方法之一。
（3）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0.4 母线上的补偿方式，适用于100 及以上的专用配变电用户。
跟踪补偿的优点是：可较好的跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机、随器补偿的控制保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。且主要适用于大容量大负荷的配变。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。
3、结论
无功补偿技术在边沿科学如电力电子技术和微电子技术发展的推动下，在电力系统领域取得了很大的发展，形成了多种补偿方式。本文在对无功补偿技术进行分析的基础上，针对传统无功补偿装置的缺点提出了一种新型的智能无功补偿装置，该装置适合对大用户进行无功补偿，也就是随器补偿，其优点如下：
（1）装置结构简单，通过硬件软件配合，稳定性高，晶闸管和磁保持控制投切，可实现真正的智能控制，具有很高的性价比。
（2）采用LCD显示，可实时显示电压、电流和功率因数等数据。
（3）彻底解决低压电容器投入浪涌电流问题，无触烧损之虑，不会产生谐波注入，安全可靠性高.
（4）具有完善的过压、欠压、缺相、谐波、振荡等保护功能。
（5）具有GPRS通信功能，可将补偿结果反馈给上配电管理系统，计算无功功率经济效益，并可接受系统控制。
总之，智能低压无功补偿装置的投入完全可替代传统传统无功补偿装置，其稳定性强、可靠性高、实用性好、功能强大、适用于各类城市电网、农村电网、企业电网的配电自动化实施与改造，可有效的降损节能，具有很大的经济及社会效益。
2、无功补偿的理论分析
电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工做的。磁场所具有的磁场能是由电源供给的。电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器，在一个周期内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，它存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源和电感、电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网的电压质量，增加电网的线损率。
由上述分析可见，要减少电力网中的电压损耗和电网的线损率，提高用户端的电压质量的重要措施之一，是减少电力网元件中的无功传输，可以从提高负荷的自然功率因数和进行无功补偿两方面来解决这个问题。
2.1 无功补偿的原理
无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
采用无功补偿措施后，电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗的下降，从而提高了供电效率。
2.2 低压电网中的几种无功补偿的方式
提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。因此，影响功率因数的主要因素有三种，一是异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备；二是供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响；三是电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。
针对影响功率因数的一些主要因素，要寻求一些行之有效的、能够使低压电网功率因数提高的一些实用方法，使低压电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。常采用地方式有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
（1）随机补偿，是指将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁为主，此种方式可较好的限制用电单位的无功负荷。
随机补偿地优点是：用电设备运行时，无功补偿投入；用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。更具有投资少、占位小、配置灵活、维护简单方便、事故率低等优点。为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。
（2）随器补偿，是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是用电单位无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，从而导致电费单价的增加。
随器补偿的优点是：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，是该部分的无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的方法之一。
（3）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0.4 母线上的补偿方式，适用于100 及以上的专用配变电用户。
跟踪补偿的优点是：可较好的跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机、随器补偿的控制保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。且主要适用于大容量大负荷的配变。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。
3、结论
无功补偿技术在边沿科学如电力电子技术和微电子技术发展的推动下，在电力系统领域取得了很大的发展，形成了多种补偿方式。本文在对无功补偿技术进行分析的基础上，针对传统无功补偿装置的缺点提出了一种新型的智能无功补偿装置，该装置适合对大用户进行无功补偿，也就是随器补偿，其优点如下：
（1）装置结构简单，通过硬件软件配合，稳定性高，晶闸管和磁保持控制投切，可实现真正的智能控制，具有很高的性价比。
（2）采用LCD显示，可实时显示电压、电流和功率因数等数据。
（3）彻底解决低压电容器投入浪涌电流问题，无触烧损之虑，不会产生谐波注入，安全可靠性高.
（4）具有完善的过压、欠压、缺相、谐波、振荡等保护功能。
（5）具有GPRS通信功能，可将补偿结果反馈给上配电管理系统，计算无功功率经济效益，并可接受系统控制。
总之，智能低压无功补偿装置的投入完全可替代传统传统无功补偿装置，其稳定性强、可靠性高、实用性好、功能强大、适用于各类城市电网、农村电网、企业电网的配电自动化实施与改造，可有效的降损节能，具有很大的经济及社会效益。
