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摘要 ：在电网系统中合理装设无功补偿装置，除了可以改善供电电压质量水平外，降低供电网络电能损耗也是一个重要的优化配置目的。通过在合理位置装设无功补偿装置，可以有效降低供电网络中电能传输、调度、分配、用电等环节中的电能损耗，以达到节约降耗的目的。
关键词 ： 电力电网 无功补偿 方式 技术
【分类号】：TM761.1
前言
无功补偿最好的方式就是采用就地分散无功补偿，以使整个电网系统在运行过程中不存在无功电流的流动。但在实际电网运行过程中，是根本不可能做到的，无论是电力变压器、输电线路运行，还是各类电力负荷运行，均需要无功。电网系统无功补偿通常采用并联无功补偿电容器来改善电网运行环境和提高电网供电功率因数。提高电网功率因数的实质就是在供电网络适当位置加装无功补偿装置以减少用电设备从电网系统中吸收的无功功率总量，确保有功功率和无功功率的动态平衡 。
1 无功功率补偿原理及意义
1.1 无功补偿的原理
在电网中直接把电能转变为热能、机械能、化学能等并利用这些能做功，这部分功率就是有功功率；而另一部分用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的功率，它不直接消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这部分功率称为无功功率。如果把具有容性功率负荷的装置按一定比例与感性功率负荷并联接在同一电路，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。
1.2 无功补偿的意义
1.2.1 减少电费开支
为了节约能源，减少浪费，国家在制定电价制度时，针对不同的企业规定了不同的功率因素，当企业生产中使用的电能低于规定的数值就会增加电费，而相反，当企业的功率因数高于规定值，就可以减少电费，所以提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，也是重要的。提高功率因素可以减少对电源的无功电流需求，进而可以减少能源消耗，环保等等方面
1.2.2 提高用电设备的利用率
在电力系统中，当供电设备所需有功功率相同时，提高功率因数就可以减少负荷对无功电流需求，这样在输送负荷的过程中所需要的变压器、断路器和导线等都可以使用小规格的，或者说原先规格的所能带动的负荷量可以提高。
1.2.3 降低系统的能耗
假定补偿前后线路中传输的有功功率不变，P=UICOSφ，由于COSφ提高，实际上补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，但为分析问题方便，我们可以认为U2≈U1从而可以推导出I1COSφ1=I2COSφ2（1）。则线路损耗功率P减少的百分数为：ΔP%=（1- COS2φ1/ COS2φ2）×100% （2）当功率因数从0.75提高到0.95时，由（2）式可求得有功损耗将降低45%。
1.2.4 改善电压质量
我们以系统的末端只有一个负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：
△ U=（PR+QX）/Ue×10-3（kV）
线路中的两部分损失分别为PR/ Ue输送有功负荷P产生的损失和QX/Ue输送无功负荷Q产生的损失。由此可见减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，改善电压质量。
2 无功补偿的方式及分析电网中常用的无功补偿方式包括：
2.1 二次变电站集中补偿
这将电容器安装在变电站的二次母线上，这种补偿不能减少每一条配电馈线中输送的无功功率，对配电网络的降损作用不大，但是在下级补偿不够完善的情况下，它能保证供电端功率因数达到标准。这种补偿方式补偿容量大，管理容易，维护方便，但同时由于分组数比较少，且多为手动方式，人为因数影响大，常常导致投切效果比较差。
2.2 线路分布补偿
这种补偿方式是在配电线路上安装电容器来实现无功补偿，从而达到提高配电网功率因数、降低无功损耗、改善电压质量的目的。但是这类补偿所并联的电容器安装位置远离变电站，这样在配置保护装置时比较困难，无自动控制装置，无法适应高峰、低谷负荷变化，而且成本高，维护比较困难。
2.3 随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组经熔断器与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切，这类补偿可以随电动机启动和停止投入和切除补偿装置，且根据电动机负载大小和满载的功率因数确定而不需要频繁的调整补偿容量，安装和维护都方便，投资和故障率都少，但是在检修电机或者测试电机相间绝缘时容易损毁电机或者电容器，且它总的电容器安装容量比其它补偿方式要大，电容器利用率也低。
2.4 随器补偿
该补偿方式是将电容器接在变压器二次侧，以补偿变压器空载时的无功消耗。在变压器空置时会产生空载励磁无功，同时也降低供用户使用的电能质量。通过无功补偿可以使空载励磁无功得到平衡，提高变压器的利用率，提高用户的电能质量，降低网络损耗。这种补偿方式是目前补偿变压器的最有效的方式之一，不过由于安装比较分散，维护比较困难。
2.5 跟踪补偿
该补偿方式是利用无功补偿切换装置作为控制保护装置，将低压电容器组固定一组安装在变压器的低压侧，其他组作为备用，根据实时跟踪到的电网功率因数的变化采用自动或者手动投切这些电容器组。该方式运行比较灵活，补偿效果也比较好，不过先期投入大，保护装置比较复杂，且只能进行有级调节。
3 无功补偿技术及分析
3.1 智能网络通讯技术
在电力系统进行无功补偿时，采用智能通讯技术，将多台电容器并联，组成自动控制系统，并生成一个网络，当其中一个出现故障后就可以自动退出，不会影响到其他的电容器的运行以及整个系统的安全运行，这种技术的应用无需配置传统的控制器，避免了因为功率因数控制器损坏而致使整个供电网络的瘫痪。
3.2 过零投切技术
在传统无功补偿方式中多采用交流接触器来进行投切，但投切电容器时容易产生涌流冲击这电容器导致的电容器容量减少、使用寿命降低甚至交流接触器本身损坏。不过随着科技发展和进步，出现了过零投切技术，可以采用微电子技术，利用CPU对网络的电压和电流的正弦波进行交流采样，然后根据功率因数变化情况，控制过零出发固态继电器，在需要增加无功时，在电压过零点投入电容器，在需要减少无功时，在电流过零点切除电容器，从而减少了浪涌电流，解决了投切涌流问题，且对电网无冲击，使用寿命得到延长，不过使用此技术会产生一定的功耗和谐波污染。
3.3 共补和分补相结合的补偿技术
在日常生活中使用的电力多半属于两相供电，这样造成了中性线上电流过大、三相功率因数不平衡，此时若进行三相无功补偿容易造成其他相出现过补或者欠补。采用共补和分补相结合的补偿技术就可以很好地解决此类问题。
3.4 静止无功补偿
这类技术主要是利用晶闸管的特性，根据负载对无功功率的要求，动态的调节或者投切电容器，以实现对电网的无功优化补偿。这类补偿技术主要使用静止无功补偿装置（SVC）来实现，并在国内的动态无功补偿领域占据主导地位。
3.5 自换相变流无功补偿技术
该技术是将自换相桥式电路串联电抗器或者直接接入电网，通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接调节交流侧的电流来实现对线路的动态无功补偿，该技术适用于包含感性和容性的全工况系统，甚至在欠压条件下也能有效发出无功功率，不过该技术受制于电力电子元器件制造工艺水平的限制，成本也比较高昂，推广比较缓慢。
4 结语
选择合适的补偿方式和技术以及装置对电网进行无功补偿，提高系统的功率因数，从而实现无功平衡，对整个电网的安全运行，对减少能耗损失都有积极的作用，并且能实现可观的经济效益，故而我们仍需要进一步优化无功补偿技术。
参考文献
[1] 刘鸿鵬.浅谈无功补偿技术 [J].东京文学，2011，（5）.
[2] 吴蔡昕，应素长.智能低压无功补偿技术研究 [J].硅谷，2011，（19）.
关键词 ： 电力电网 无功补偿 方式 技术
【分类号】：TM761.1
前言
无功补偿最好的方式就是采用就地分散无功补偿，以使整个电网系统在运行过程中不存在无功电流的流动。但在实际电网运行过程中，是根本不可能做到的，无论是电力变压器、输电线路运行，还是各类电力负荷运行，均需要无功。电网系统无功补偿通常采用并联无功补偿电容器来改善电网运行环境和提高电网供电功率因数。提高电网功率因数的实质就是在供电网络适当位置加装无功补偿装置以减少用电设备从电网系统中吸收的无功功率总量，确保有功功率和无功功率的动态平衡 。
1 无功功率补偿原理及意义
1.1 无功补偿的原理
在电网中直接把电能转变为热能、机械能、化学能等并利用这些能做功，这部分功率就是有功功率；而另一部分用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的功率，它不直接消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这部分功率称为无功功率。如果把具有容性功率负荷的装置按一定比例与感性功率负荷并联接在同一电路，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。
1.2 无功补偿的意义
1.2.1 减少电费开支
为了节约能源，减少浪费，国家在制定电价制度时，针对不同的企业规定了不同的功率因素，当企业生产中使用的电能低于规定的数值就会增加电费，而相反，当企业的功率因数高于规定值，就可以减少电费，所以提高功率因数对企业的直接经济效益是明显的，也是重要的。提高功率因素可以减少对电源的无功电流需求，进而可以减少能源消耗，环保等等方面
1.2.2 提高用电设备的利用率
在电力系统中，当供电设备所需有功功率相同时，提高功率因数就可以减少负荷对无功电流需求，这样在输送负荷的过程中所需要的变压器、断路器和导线等都可以使用小规格的，或者说原先规格的所能带动的负荷量可以提高。
1.2.3 降低系统的能耗
假定补偿前后线路中传输的有功功率不变，P=UICOSφ，由于COSφ提高，实际上补偿后的电压U2稍大于补偿前电压U1，但为分析问题方便，我们可以认为U2≈U1从而可以推导出I1COSφ1=I2COSφ2（1）。则线路损耗功率P减少的百分数为：ΔP%=（1- COS2φ1/ COS2φ2）×100% （2）当功率因数从0.75提高到0.95时，由（2）式可求得有功损耗将降低45%。
1.2.4 改善电压质量
我们以系统的末端只有一个负荷为例，假设线路电阻和电抗为R、X，有功和无功为P、Q，则电压损失ΔU为：
△ U=（PR+QX）/Ue×10-3（kV）
线路中的两部分损失分别为PR/ Ue输送有功负荷P产生的损失和QX/Ue输送无功负荷Q产生的损失。由此可见减少无功功率Q，则有利于线路末端电压的稳定，改善电压质量。
2 无功补偿的方式及分析电网中常用的无功补偿方式包括：
2.1 二次变电站集中补偿
这将电容器安装在变电站的二次母线上，这种补偿不能减少每一条配电馈线中输送的无功功率，对配电网络的降损作用不大，但是在下级补偿不够完善的情况下，它能保证供电端功率因数达到标准。这种补偿方式补偿容量大，管理容易，维护方便，但同时由于分组数比较少，且多为手动方式，人为因数影响大，常常导致投切效果比较差。
2.2 线路分布补偿
这种补偿方式是在配电线路上安装电容器来实现无功补偿，从而达到提高配电网功率因数、降低无功损耗、改善电压质量的目的。但是这类补偿所并联的电容器安装位置远离变电站，这样在配置保护装置时比较困难，无自动控制装置，无法适应高峰、低谷负荷变化，而且成本高，维护比较困难。
2.3 随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组经熔断器与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切，这类补偿可以随电动机启动和停止投入和切除补偿装置，且根据电动机负载大小和满载的功率因数确定而不需要频繁的调整补偿容量，安装和维护都方便，投资和故障率都少，但是在检修电机或者测试电机相间绝缘时容易损毁电机或者电容器，且它总的电容器安装容量比其它补偿方式要大，电容器利用率也低。
2.4 随器补偿
该补偿方式是将电容器接在变压器二次侧，以补偿变压器空载时的无功消耗。在变压器空置时会产生空载励磁无功，同时也降低供用户使用的电能质量。通过无功补偿可以使空载励磁无功得到平衡，提高变压器的利用率，提高用户的电能质量，降低网络损耗。这种补偿方式是目前补偿变压器的最有效的方式之一，不过由于安装比较分散，维护比较困难。
2.5 跟踪补偿
该补偿方式是利用无功补偿切换装置作为控制保护装置，将低压电容器组固定一组安装在变压器的低压侧，其他组作为备用，根据实时跟踪到的电网功率因数的变化采用自动或者手动投切这些电容器组。该方式运行比较灵活，补偿效果也比较好，不过先期投入大，保护装置比较复杂，且只能进行有级调节。
3 无功补偿技术及分析
3.1 智能网络通讯技术
在电力系统进行无功补偿时，采用智能通讯技术，将多台电容器并联，组成自动控制系统，并生成一个网络，当其中一个出现故障后就可以自动退出，不会影响到其他的电容器的运行以及整个系统的安全运行，这种技术的应用无需配置传统的控制器，避免了因为功率因数控制器损坏而致使整个供电网络的瘫痪。
3.2 过零投切技术
在传统无功补偿方式中多采用交流接触器来进行投切，但投切电容器时容易产生涌流冲击这电容器导致的电容器容量减少、使用寿命降低甚至交流接触器本身损坏。不过随着科技发展和进步，出现了过零投切技术，可以采用微电子技术，利用CPU对网络的电压和电流的正弦波进行交流采样，然后根据功率因数变化情况，控制过零出发固态继电器，在需要增加无功时，在电压过零点投入电容器，在需要减少无功时，在电流过零点切除电容器，从而减少了浪涌电流，解决了投切涌流问题，且对电网无冲击，使用寿命得到延长，不过使用此技术会产生一定的功耗和谐波污染。
3.3 共补和分补相结合的补偿技术
在日常生活中使用的电力多半属于两相供电，这样造成了中性线上电流过大、三相功率因数不平衡，此时若进行三相无功补偿容易造成其他相出现过补或者欠补。采用共补和分补相结合的补偿技术就可以很好地解决此类问题。
3.4 静止无功补偿
这类技术主要是利用晶闸管的特性，根据负载对无功功率的要求，动态的调节或者投切电容器，以实现对电网的无功优化补偿。这类补偿技术主要使用静止无功补偿装置（SVC）来实现，并在国内的动态无功补偿领域占据主导地位。
3.5 自换相变流无功补偿技术
该技术是将自换相桥式电路串联电抗器或者直接接入电网，通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接调节交流侧的电流来实现对线路的动态无功补偿，该技术适用于包含感性和容性的全工况系统，甚至在欠压条件下也能有效发出无功功率，不过该技术受制于电力电子元器件制造工艺水平的限制，成本也比较高昂，推广比较缓慢。
4 结语
选择合适的补偿方式和技术以及装置对电网进行无功补偿，提高系统的功率因数，从而实现无功平衡，对整个电网的安全运行，对减少能耗损失都有积极的作用，并且能实现可观的经济效益，故而我们仍需要进一步优化无功补偿技术。
参考文献
[1] 刘鸿鵬.浅谈无功补偿技术 [J].东京文学，2011，（5）.
[2] 吴蔡昕，应素长.智能低压无功补偿技术研究 [J].硅谷，2011，（19）.