动态无功补偿对10kV配电线路的探讨

【摘 要】在电网运行中，非线性负载的运行需要消耗一定的有功功率和无功功率。而无功功率的大量消耗会导致供电线路的功率因数下降，从而导致线损增大、电压下降以及降低线路的输送能力。为此，采取无功补偿技术，可提高电网的功率因数，对线路降损、稳定电压等有着重要作用。

【关键词】10kV配电线路；动态无功补偿

1 概述

随着经济高速发展，电力负荷日渐增长，而无功需求也随之增加。通过并联电容器的安装使用，能够有效满足线路及负荷的无功需求。通过无功优化，可以保证全网电压在额定值上下稳定运行，把电能质量与安全性、经济性结合，取得一定的经济效益。无功补偿作为无功优化的重要组成部分，通过对电容器的安装位置和容量进行一定的控制，使得系统在一定的约束条件下实现网损的最优配置[1]。

无功补偿的方式主要包括变电站集中补偿、10kV线路补偿和就地补偿。目前采用的就地补偿方式，主要是在变压器低压侧进行电容补偿，另外大容量的电机设备也设有配套使用的补偿设备。但由于多方面的原因，例如专变补偿设备损坏后用户对其修复的重视程度不高、公变过载时补偿需求超出其配套容量、小容量公变没有补偿设备等情况，10kV线路补偿的作用相当重要。

目前国内已投入应用10kV配电线路无功补偿装置，但早期不少是采取人工投切的控制方式，尽管存在成本低的优势，但由于负荷变化速度快、幅度大，只靠人工操作无法及时并准确投切合适的补偿容量，直接造成了无功功率欠补和过补的后果。欠补则未能有效解决无功补偿的目标，影响电能质量及增加损耗，而过补则会使功率因数超前，危及系统运行的稳定性和安全性，这同样是必须要解决的矛盾。下面我们就具体讨论无功补偿对10kV配电线路的应用进行分析。

2 无功补偿的实施方案

2.1 无功优化的目标函数

通过对等网损微增率的计算，可以发现在等网损微增率的前提下，整个电网中的网损是最小的。在实际的无功补偿中，根据这个数学关系，把无功补偿点的位置设置在网损微增率较小的节点上，即网损微增率在负值的情况下，对系统进行无功补偿，最终通过反复的运算和迭代，得到无功优化的最佳位置点。

根据上述目标函数的建立，我们可以发现其并没有计及其它控制变量的实际作用，在实际运行中，这种反复迭代使全网网损微增率相等的运算量很大。因此，在特定的数学模型下，通过一定的优化可得到更为优化的目标函数。通过这种方式，数学模型主要有不计无功补偿设备费用的函数关系和系统网损最小为目的的函数；以系统运行为目标，计及系统由于补偿而减小的网损费用和添加补偿设备的费用。第二种模型考虑了经济效益，被认为是一种较理想的企业模型。

2.2 10kV输电线路实例

根据上述研究情况和基本的研究理论，进行具体的模型建立和实施硬件的设计。无功优化在电力系统中主要是通过调整变压器、发电机组等设备来实现的，尽量的减少损耗，降低无功功率的供电，避免浪费，改善供电质量。

理论上80#杆处负荷较大，线路补偿点应在80#处。实际分析中，负荷随着季节的变化、每日时段的变化而变化，又因线路老化、变压器不稳定等诸多不确定因素在内，所以补偿点并不固定在80#处。

通过上述实例可知在无功补偿中，通过对无功的优化确定补偿点，具体的无功负荷补偿点按以下原则确定：

（1）以无功就地平衡原理，选择无功负荷最大的节点；

（2）以无功分层平衡原理，避免不同电压等级的无功流动为根本，选择合适的节点；

（3）以电网结构的特点，选择某中枢点；

（4）无功补偿度在电网中不应低于标准规定。

但是目前，广泛应用的无功补偿的优化还存在着以下的问题：

（1）电容器分组容量过小，则造成成本增加，投切次数增加而减少使用寿命；电容器分组容量过大时，控制器在欠补偿与过补偿之间的频繁投切，容易产生谐振。合理配置需以实际为依据。

（2）实际供电线路往往以树形分布，各支线容量分布会随经济发展变化，理论上最合适的补偿节点并不满足实际变化。

3 晶闸管在动态无功补偿设备中的实现

根据无功补偿系统中控制部分，控制系统装置的投切情况，在必要时刻，发生一定的触发脉冲，从而驱动晶闸管的通断，从而实现无功补偿系统的动态控制，从这方面来看，晶闸管动态驱动，是控制补偿回路的重要一环，对系统装置的输入涌流起关键作用[2]。晶闸管是动态无功补偿装置的半可控器件，晶闸管的原材料是硅，耐高温且耐冷，因此晶闸管比较结实耐用，因此对其保护速度要求不是很高。但是晶闸管一旦开通的对数据以及时间上的精确性要求相当高。

4 结语

电力系统的无功优化和无功补偿是一项相当值得研究的课题，我国是能源消耗大国，实现低能耗、高产出是我们的目标，精确的负荷、发电机和设备参数设置，可以使电力系统的无功优化和补偿更为准确。在实际的电网的运行中，电力系统的运行状态和负荷情况并无规律，从这个角度看，在配网中如何更好的应用动态无功补偿方式，是灵活调整电网输电线路运行情况的重点。

随着配网自动化、调度自动化和无人数字化、智能化变电站的发展，更需要提供一种计算快、敛散性好的优化算法，而对于无功定价等动态无功补偿的延续性问题更需要长远的研究。

参考文献：

[1]王建赜，吴启涛，等.10kV高压无功功率自动补偿系统的研制[J].电网技术， 2001，（5）：93-96.

[2]刘健，阎昆，程红丽. 树状配电线路并联电容器无功优化规划[J].电网技术， 2006，（18）：32-34.