动态无功补偿范文1

关键词：配电系统；动态无功补偿装置

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-03-0-02

一、配电系统中的动态无功补偿装置

无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起到提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网供电质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统的电压波动，谐波增大等诸多不利于电网安全运行的因素。无功补偿分动态和静态两种方式。静态无功补偿是根据负载情况安装固定容量的补偿电容或补偿电感，动态补偿是根据负载的感性或容性变化随时的切换补偿电容容量或电感量进行补偿。一般的补偿是有级的,也就是常用的补偿装置如电容,是按组来进行投切的,也就是用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多,但是由于这种补偿已经将功率因数达到了例如0.95,已经很好了。但是有的负载,其工作时无功的变化量非常大,且速度非常快,可以达到毫秒级，如电焊机，一个工作周期才0.2秒左右，其间还有几十秒的半负荷及几十秒的停顿，而无功在工作时也是不规则的快速改变着。象这样的负载采用常用的无功补偿装置是无法实现的，只能用“动态”补偿。

所谓“动态”即快速性、实时性，一是补偿速度一定要快；二是用电负载需要多少无功，补偿装置就补偿多少无功。这是动态补偿的两个基本特征。但不是非得两个都具备才是动态补偿，有的负载虽然无功变化快，但是无功量的改变是固定的，此时用速度快的无功补偿也可以办到，也就是说这个动态补偿强调的单单是迅速。

动态无功补偿装置由高压开关柜(包括高压熔断器、隔离开关、电流互感器、继电保护、测量和指示部分等)、并联电容器、串联电抗器、放电线圈(或者电压互感器)、氧化锌避雷器、支柱绝缘子、框架等构成。动态无功补偿装置根据改善和提高功率因数，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率功能强大，液晶字段显示，性能可靠稳定，抗干扰能力极强。靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标。

无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。功率因数型这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果。用于动态补偿的控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。

二、动态无功补偿装置最优利用方法与原理功能

配电线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护措施也要一切从简，可采用熔断器或者避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式这种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。

在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。

调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。

工作原理：无功动态补偿装置由控制器、过零触发模块、晶闸管、并联电容器、电抗器、放电保护器件等组成。装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等，通过微机进行分析，然后计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到**补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。

目前，国内的动态补偿的控制器和国外的同类产品相比还要有很大的差距，一方面是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高；另一方面是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。另外，相应的国家标准也还没有达到一定标准，这方面落后于发展。但是运算速度快，抗干扰能力强，最重要的是有很好的完成动态补偿功能。

无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置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。

动态无功率补偿装置的主要功能：1、提高线路输电稳定性；2、维持受电端电压，加强系统电压稳定性；3、补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能损耗；4、抑制电压波动和闪变；5、抑制三相不平衡。

动态无功率补偿装置的主要问题：1、电容器损坏频繁。2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。3、电容器组经常投入使用率低。

三、在配电系统中动态无功补偿与静态补偿区别

（一）前者表示靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标，否则，不论补偿量过小或过大，功率因数均偏小。

（二）动态无功补偿的定义是这种响应动作时间小于1S，一般是通过可控硅投切电容组TSC、可控电抗器调节无功TCR型SVC或利用IGBT器件调节的静止性无功发生装置SVG等来实现。静态补偿可以是固定的通过隔离开关或熔断器断电后进行人工调节的装置，也指响应时间大于1S的自动投切装置，如接触器投切电容组的方式。

四、应用

（一）SLTF型低压无功动态补偿装置：适用于交流50Hz、额定电压在660V以下，负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。安装环境：周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度

（二）SHFC型高压无功自动补偿装置：适用于6kV~10kV变电站，可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器，适应变电站的各种运行方式。技术特征：电压优先，按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。

（三）WDB-K型低压无功动态补偿装置：采用大功率晶闸管投切开关，控制器可根据系统电压，无功功率、两相准则控制晶闸管开关对多级电容组进行快速投切。晶闸管开关采用过零触发方式，可实现电容器无涌流无冲击投入，达到稳定系统电压，补偿电网无功、改善功率因数、提高变压器承载能力的目的。可广泛应用于电力、冶金、石油、港口、化工、建材等工矿企业及小区配电系统。安装环境：无易燃、易爆、化学腐蚀、水淹及剧烈振动场所。具有过流、过压、欠压、温度超限多种保护。装置能在外部故障和停电时自动退出运行，送电后自动恢复的功能。

总之，以现在的经济发展与科学前景来说，配电系统中的动态无功补偿装置技术还不太成熟，但是发展前景可观，有很大的利用价值，性价比高。

参考文献：

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【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**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：

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关键词： 两路编码 柱上 动态无功补偿 单片机 rs-232

abstract: reactive power compensation is an effective method to reduce the loss of power grid and raise the efficiency of transmission. this paper analyses the actuality of reactive power compensation on 10 kv power line on pole and designs an equipment of dynamic reactive power compensation which based on a two-path coding control. this equipment applies the new technology of single-chip computer and wireless, can measure the real-time power factor and reactive power, and can dynamically compensate for the reactive power to rather high accuracy. there is also a function of four- remote control with this equipment, which can store two months of the history-data and can set and transmit the parameter and data by way of wireless. this equipment is of high value for increasing the power factor and reducing the loss of power grid .

key words: two-path coding control; on pole; automatic reactive-power compensation; single-chip computer; rs-232 interface

1. 引 言

功率因数和无功平衡是衡量电网质量的重要标志。我国农网普遍存在供电半径长、电压质量差、功率因数低的状况。如果无功能得到有效的平衡，不仅能大大降低电网的损耗，而且对提高电压质量具有重要的意义。但是，目前我国大部分城乡电网功率因数偏低，无功很不平衡。因此提高电网功率因数、平衡无功、提高电压质量、降低线损，是电力系统的一个重要课题。现今国内大部分的无功补偿装置都是并接电容器固定补偿，不能实现动态跟踪补偿。另还有一部分是一路动态跟踪补偿，级数太少，不能做到精补细补。因此，如何实现无功多路补偿，仍是国内外同行关注的热点。

本文设计了一种基于两路不等容编码控制投切的无功动态补偿装置，它能随电网无功的变化，实现四级补偿，基本能达到精补细补的目的，使得电网的无功平衡更科学合理，因而在农网中有着广泛的应用前景。

2. 设计思想

本文主要探讨基于两路不等容编码投切无功补偿装置的控制原理以及实现的方法。在动态跟踪无功补偿装置中，如果是单组的动态补偿，就可根据电网无功以及电压的状况进行投切;如果是多组等容量投切补偿，可根据循环投切的原理去设计控制策略;如果是多组不等容投切，其控制策略就要复杂得多。森宝公司之所以研发该产品，主要是以下两方面的原因：

1) 降低成本。众所周知，单组无功补偿装置不能做到精细补偿，而多组等容的装置虽能做到相对精细的补偿，但是其电容器的组数要多，每组电容器都要配备相应的开关和保护设备，这就大大增加了设备的成本，使节能降损的先期投入成本较大，也使节能降损的效益降低。如果使用不等容投切，就可大大减少设备成本，使用户的效益最大化。举例说明，要补偿300kvar的电容，级差为100kvar，如果采用等容投切，就需要3台电容器和3台开关，而如果采用不等容投切，采用补偿一个100kvar和一个200kvar的方法，就只需要两台电容器和两台开关，这就节省了1台开关和1套保护装置的费用，并且减少了故障点。 信息来自:输配电设备网

2) 使装置的体积减小，节省了空间，也减少故障点。高压电容器的体积相对比较庞大，而且对绝缘距离有一定的要求，电容器的组数越多，那么体积就会大大增加，这就增加了施工成本和施工难度。而且，组数越多，装置的故障点越多，使装置的维护成本增加。使用不等容投切就可以减少这些问题。

基于以上思考，本文设计了两路不等容投切的户外高压无功自动补偿装置。

3. 系统结构以及控制器工作原理

图 1 系统工作原理图

如图1，控制柜内装有两台高压电容器和高压真空接触器，通过单片机控制高压真空接触器的开合，完成投切动作。采用高压熔断器为电容提供保护。pt采样高压电网的b、c相之间的线电压，除了提供电压信号，还为控制器和控制回路提供电源。ct采样线电流，为控制器提供电流采样信号。ct1-ct4采样电容器电流，电容器的过流保护和缺相保护提供硬件支持。控制器将采集到的线电压、线电流、电容器电流的信号进行分析、计算，经过判断，输出控制信号，控制真空接触器关合和开断。

4. 控制策略

在控制方式上，装置采用了按无功投切和按功率因数投切两种方式。用户可以根据需要来选择。单就补偿的最终目的而言，笔者推荐使用无功来控制比较科学合理。

两组电容器由于其容量不等，在投切时就要考虑两个电容器的协调问题，大致来说，分为如下几个情况：

1) 两组都未投入。那么则根据所选控制方式，根据实际参数量来投入合适的容量。

2) 小容量电容器已投入。如果过补，则切电容;如果需要投入的容量大于小电容器而小于大电容器，那么切电容器;如果需要投入的容量大于大电容器，那么投大电容器。

3) 大容量电容器已投入。如果过补，那么切电容器;如果需要投入的容量大于小电容器，那么投小电容器。

4) 两个都已投入。如果过补，那么根据过补的多少，来选择切除哪一组电容器。

5 控制器硬件电路设计

要实现自动控制，通常的做法是利用微控制器或处理器对采集来的数据进行计算，判断，然后再对对象进行控制。在本设计中为了使采集数据更精确，软件编程更简洁，使用新型的智能电表芯片替代了传统的adc和部分mcu的工作。在软硬件设计中注重了对动态电容器的保护，实现了10分钟保护、过流保护、缺相保护、延时保护等多种保护功能，使得系统工作更加稳定有效。

图2 硬件结构图

如图2，整体电路由ad，cpu，ic器件组成。使用专用测量芯片cs5460替代了原先的adc和部分单片机的工作，通过芯片内的硬件算法得到irms、vrms、p。主cpu使用51系列芯片，其内部自带20k字节的flashrom和512字节的ram，设计中，全部采用其内部的程序存储器和数据存储器。ic器件主要包括外部扩展的一片e2prom存储器，它拥有32k字节的存储空间，用来存储参数设定值及历史数据;时钟芯片为系统工作提供时间参考;另外，人机接口模块选用了zlg7289bp键盘显示管理芯片。该芯片可以同时管理8个数码管和64个按键，采用spi总线接口，便于进行级联。系统设计还有rs-232串行通讯接口，可以上传下传数据，进行遥控遥测。

6.软件实现

本装置主要是实现按实时无功来控制电容器的投切，具体软件流程图如3 所示

图3 控制器软件流程示意简图

6.1 功能实现。

软件必须做到以下功能：采集数据并传给cpu，然后进行算法运算并处理，发控

制命令，另外还必须有显示，通信的功能。

本装置控制器的软件通过汇编和c语言混合编程实现了以下功能：

1) 采集调理后信号，计算出线路电压、电流、功率因数、有功、无功。

2) 通过继电器控制真空接触器可按照无功的实时情况对补偿电容进行合理控制。控制器还具有过压、欠压、过流、速断、10min、动作次数、缺相等保护;

3) 提供准确的时钟，并能存储必要的电量数据。

4) 数码管显示电量数据，并可通过按键调整参数。

5) 通过rs-232串口通信模块实现通信。通过无线通信能调出控制器中的实时数据和历史数据。其中历史数据包括近两个月的整点数据和近100次的动作记录。

6.2 算法实现

(1) 运算算法

运算算法结构如图4 所示。

图4 信息来源:http://tede.cn

控制器只采集线路上的一个线电压和一个相电流来对线路的电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因数进行计算。电压和电流的有效值由cs5460进行硬件计算。在线路的电压和电流都为三相对称的情况下，系统的无功功率为其中φ为功率因数角。又因为 比 超前900，幅值相差 倍，所以可得

由上式可知，只要采集ucb和ia，并将它们送入cs5460里，按照有功功率的方法进行计算，再乘以 ，就得到实际线路的无功功率。有了无功功率，就可以求出系统的有功功率为功率因数为φ角的正负由无功功率的正负来判断，当q>0时，φ>0，负载为感性;当q

(2) 保护算法

保护算法如图5所示，程序按顺序依次判断是否执行各保护。其中，过流保护和过流速断保护判断的是电容器的电流，当电容器中任一相电流超过保护设定值时，即启动保护。 信息请登陆:输配电设备网

过压保护和欠压保护以过压值和欠压值来判断是否需要启动保护。缺相保护是判断当有一相电容器电流为零时，就启动保护。当电容器进入保护状态时，装置推出控制。其中过流和缺相保护还设置了保护位，当保护位被人工清除时，装置才可重新进入控制状态。

图5 保护算法

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关键词：钢铁企业 无功 谐波 SVC

1、前言

钢铁企业是传统的用电大户，也是污染大户，钢铁的产量及质量都会影响到电能的损耗。随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用，使电网供电质量受到严重影响，尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，对电网的稳定造成一系列不良影响。随着低碳经济的提出，钢铁企业的节能降耗问题也日益突出，解决此问题刻不容缓。

钢铁企业用电所产生的电能质量问题是多种多样的，造成的危害非常地严重。它们产生大量的无功功率和谐波，对电网和用电设备等产生很大危害。轧机等大型三相对称负载频繁变动电机工作时，当轧机主传动采用直流调速，交-交变频调速时，轧机（咬钢）加速期间，不仅仅产生有功冲击负荷，还产生巨大的无功冲击负荷。对电网造成如下影响。

（1）引起电网电压下降及电压波动，严重时使电气设备无法正常工作使功率因数降低。

（2）产生有害谐波，主要是5，7，11，13次为主的奇次谐波及其他高频谐波，使电网电压发生严重畸变。

电弧炉，精炼炉是冶金行业的重要生产设备，是典型的非线性无规律负荷，超高功率电弧炉电极与废钢之间的短路，断弧以及电弧本身的不稳定性，造成有功功率以及无功功率的剧烈波动，从而造成严重的电压波动及闪变。电弧炉接入电网会对电网产生一系列不良影响。

（1）导致电网严重三相不平衡，产生负序电流。

（2）产生高次谐波，普遍存在如2，4次偶次谐波与3，5，7次等奇次谐波共存情况，电压畸变更趋复杂化。

（3）存在严重的电压闪变。功率因数低，生产效率低，损耗变大。

除了电弧炉和钢包精炼炉等主要用电设备外，在钢铁企业，不论是炼铁，炼钢，轧钢还是烧结，连铸等，还有大量的辅助用电设备采用交直流调速，形成分散的谐波源。

2、无功的产生及补偿装置

什么是无功功率？无功功率就是对电网向负荷传递能量没有贡献，在电网和负荷之间循环交换的能量。

什么是谐波？简言之，就是与标准的三角函数不一致的波形。一般说来，在复杂电力环境中，对于电压，电流信号采用傅立叶分解可以将这些波形分解成为工频频率为50Hz的三角函数波形的整数倍频率或分数次频率的波形的级数和的交流信号成分。

谐波的产生

随着经济的发展和技术的进步，各种电力电子器件不断成熟，带来了各种非线性负载的大规模使用。如各种可控硅，变频调速，电子调压，电解化学，矿井提升，电气化牵引等工业设备；以及常规的照明，空调，UPS，电梯，电脑及外设等商业设备。这些非线性负载的使用不可避免的会产生非正弦的谐波，污染并加大了电网的负担，进而影响其他设备的正常工作，严重时甚至会损坏设备。

无功和谐波的危害

1.无功增加供电设备容量，增加设备投资。

2.无功增加供电设备及线路损耗。加剧了变压器，电机等感性负载的铜损和铁损，导致设备的非正常发热，并影响其输出功率，增大了噪音；

3.无功影响供电电压，降低产品质量，缩短生产设备使用寿命。

4.谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，大量谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

5.谐波影响各种电气设备的正常工作。影响了各种现实，计量等仪表的精度（干扰各种通讯，监控，精密电子设备的正常工作，甚至将其烧毁；干扰各种继电保护等设备的正常工作，造成断路器的拒动或误动，扩大事故）

6.谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振。

7.谐波会导致继电保护和自动装置的误动作。

8.谐波会对邻近的通讯系统产生干扰。

9.谐波会加剧集肤效应，造成电缆的发热，加剧对绝缘的破坏。造成电容器的过流，缩短了其使用寿命甚至直接造成爆炸等破坏；

10.引起晶闸管等设备的误触发，导致设备故障；

11.加大了电网的非正常损耗，加剧电网内设备的提前老化，并增大了诱发电网谐振的可能。

采用滤波装置可将畸变的波形补偿为标准的正弦波形，使非工频的三角函数波形总量低于国家标准。

现阶段主要的补偿方式是无源滤波装置和有源滤波装置两种。无源滤波装置是一个单调滤波装置，可以用来消除某一固定频次的谐波；有源滤波装置是一个应用高频电力电子开关的四象限逆变器。相比而言，有源滤波装置不仅构造原理先进，而且补偿频次广泛，补偿效果也优于单调滤波装置，补偿特性不受电网阻抗的影响，不会与电网发生谐振。有源电力滤波装置（APF，Active Power Filter）以并联的方式接入电网，通过高精度采样CT实时监测负载电流，转换成数字处理器可读的信号后通过一系列的运算，以PWM调制方式，控制核心的智能功率模块输出与谐波分量大小相等，相位相反的电流，达到消除谐波净化电网的目的。优势在于快速响应能力，高度的可靠性，大容量的补偿能力，简单的操作方法和结构，高性价比，节能降耗能力。

无功补偿装置主要应用在电弧炉，轧机，电气化铁路的供电系统，远距离电力传输，提升机等其他重工业负载，城市二级变电站等领域。

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【关键词】10kV；配电网；无功；动态补偿；措施

1 前言

近年来，随着城镇化和工业化、信息化脚步的不断加快，现有的城乡配电网供电能力明显受限。局部地区经常会出现供电不稳定、电压水平偏低的现象，这严重影响了我国的社会民生和经济发展水平。因而，有效地管理机制和对10kV及以下的配电网建设监督势在必行。无功补偿一般主要集中在高压配电网和中压配电网，而低压配电网的补偿相对较少。这导致了低压配电网的线损较大，降低了电网运行的经济效益和电压质量。为此，本文着重于10kV及以下的配电网无功补偿技术的探讨分析。重点讨论了四种常用的无功补偿方式并基于此提出了适合10kV及以下配电网无功补偿应用的管理措施经验，以能够有效提高配电网安全运行质量和水平。

2 10kV无功功率补偿方式

无功功率补偿是降低损耗措施中非常有效的方式，它具有投资少、回报高的特点。配电网无功补偿方式主要分为如下四种，分别是：变电站集中补偿、低压集中补偿、中补偿方式以及无功功率就地补偿。下面就此四种方式分别介绍。

2.1 变电站集中补偿

变电站集中补偿方式主要是针对输电网的无功平衡而在电压站进行集中补偿的方式。补偿的装置一般连接在变电站的10kV母线上。集中补偿的装置包括并联电容器、同步调相机以及静态补偿器等。这种补偿方式的目的主要在于改善输电网的功率因数，从而能够有效提高终端变电所的电压和补偿主变的无功损耗。然而这种方法也存在一定的缺陷，就是对配电网的降损所起的作用不大。这种补偿方式仅仅是便于管理。

2.2 低压集中补偿

低压集中补偿的方式主要是指在配电变压器低压侧进行集中补偿。通过使用微机控制的方式来控制低压并联电容器椐。这种补偿方式能够有效提高配变的功率因数，可以实现无功的就地自然平衡，也对配电网和配变的损降有一定的作用，并且对用户侧电压水平有一定的稳定作用。然而，和变电站集中补偿类似，该补偿方式也存在有一定的缺陷，就是虽然这种方式有助于保证用户的电能供应质量，但是由于线路的电压水平是由配电网系统的状态决定的，因而此种补偿方式对于整个系统无功情况改善作用不大。

2.3 中补偿方式

中补偿方式是目前国内普遍采用的另外一种无功补偿方式。这种补偿方式是在配电变压器旁边380V侧进行集中补偿的方式。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿。而这均可以最大限度的挖掘变压器的潜力增加负载能力。根据公式 可以计算出，当功率因子 的时候，有功功率P等于变压器的视在功率S。而当功率因子在0.6～0.7之间时，如果不进行补偿，供电变压器的效率就很难提高。例如，1000kvA的变压器仅仅能带动600~700kw的有效功率。电容器的充放电可以有效的稳定电压，提高供电质量。而电容器的安装环境应尽量选择有利于日常维护和保养的地方，这样才有助于延长电容器的使用寿命。

2.4 无功功率就地补偿

所谓无功功率就地补偿是指在电机等感性负载旁边直接和电容器相连，通过和电机同开或者同关使得停机后电容器通过电机放电，这样电容器就不需要再额外需要放电装置。而在正常运行时候，电机所需的无功由电容器就地供给即可。由于能量交换的距离短，可以最大限度地降低线路中的电流。如此以来，在线路相同的条件下，线路损耗和电流的平方成正比，故而电容就地补偿的方式使得节电效果好，投资小高回报。

3 10kV无功动态补偿的优化措施

3.1 10kV无功动态补偿的目的和意义

为了能够实现电网的无功优化补偿，就需要结合具体电网的现状和各种无功补偿方式的特点，从而针对不同电压等级的电网中存在的问题考虑现有的无功补偿装置的特性、技术和经济因素进行无功补偿。如前言所述，现实中，各级电网公司对于110kV及以上的电网系统的无功电源问题非常重视，也对无功电源进行了完善的规划设计。但是对于10kV及以下的配电网系统的无功电源配置不尽合理。当前，国内的四种无功补偿方式基本上都是基于某个采样点的无功情况进行补偿的，并没有综合考虑整个配电网的实际运行情况。

3.2 10kV无功动态补偿实际案例

丹东供电公司辖区内共有158条10kV线路，共计长3022千米。首先，根据10kV线路具有线路长、分支多以及负荷分散的特点，对其采用分段、分散和集中的补偿方式。对于供电半径较长的线路，由于末端电荷的剧烈增加，使得无功负荷向后移动。因而，这样补偿的重点必须向末端移动。在全部的158条10kV线路上采用三分之二法进行无功固定补偿。其次，由于丹东市部分农村地区经济发展速度快，农村公用的配电变压器的小工厂和家用负荷增加迅速。为此，根据农村电网无功补偿“集中补偿和分散补偿相结合，以分散补偿为主”的原则，对100kvA以上的工副业配电变压器都安装上自动补偿JP柜装置。这种JP自动补偿装置柜可以根据负荷的变化情况自动的投入或者退出补偿，从而实现补偿的动态平衡。最后，通过用户的无功补偿，即对用户的用电装备进行就地补偿，加装随机补偿电容，使得电容器组和用电设备的供电回路并联，从而可以有效的改善电压质量，提高功率因数，减少线损，从而提高电机的可靠性和利用率。

3.3 动态无功优化配置

一般的无功优化配置问题都是针对系统在某一典型负荷下的情况所进行无功优化处理的，即静态无功优化配置。然后面对一个较为复杂的动态变化电力系统，静态无功优化配置便有了局限性。针对静态无功优化配置的局限性，提出采用典型变化日负荷的动态无功优化配置方法。这是根据配电网变电所处于的位置、负荷密度、、输电距离、主变容量、电压状况等因素的不同，从电力系统角度出发，通过计算出全网的无功潮流，从而确定配电网的补偿方式、最有补偿容量以及补偿的位置。一般而言，可以按照如下的几点原则进行优化配置。对于大型的工业用户而言，无功配置应该以用户的分散补偿方式为主，同时辅之以集中补偿方式。在公用和专用配变低压侧集中安装低压并联电容器柜。而对于农业用户无功优化配置则应当采用配电线路杆上补偿和配电变压器低压侧集中补偿相结合的方式。配变低压侧集中补偿设备的补偿率一般应达到30%以上。而对于大型商业用户无功配置则应该以用户端分散补偿为主，在大型建筑物的配电室低压侧集中安装低压并联电容器柜。对于大型居民无功配置则以用户端分散补偿为主，在住宅小区配电室低压侧集中安装足够的低压并联电容器柜。因而，综上可知，动态无功优化配置需要视具体情况的不同做调整，才能找到最适合的方案。

4 结论

无功备用的不足使得供电系统有一定的隐患。然而，过多的投入又造成了不必要的浪费，并且会增加相关部门的管理难度。为此，就必须要设计好10kV及以下电网无功动态补偿的优化方案。切忌盲目的无功建设。只有做好无功优化规划，确定合理的无功补偿方案，才能有效的保证电力系统的安全、经济运行和优质供电。

参考文献：

[1]汤雪.基于10kV配电网无功功率优化补偿的探究[J].电子测试,2013(06)

动态无功补偿范文6

【关键词】供电电网；AT89C51；动态无功补偿；功率因数

0 引言

目前，工矿企业对电网质量的要求越来越高，电动机、变压器等感性负载的使用量也在日益增加，大量感性负载向电网吸收有功功率的同时，还吸收大量的无功功率，这不仅降低了电网功率因数和电子设备利用率，同时也增加了电能损耗[1]。因此，本文通过在电网中安装并联电容器来补偿感性负载所需的无功功率，其目的就是为了减少电损，降低电压波动和谐波，稳定电网，提高供电可靠性。

1 动态无功补偿的原理

在供电电网中，电源需向感性负载提供适量的无功功率，这就在很大程度上降低了供电设备的运行效率，造成供电线路电能大量损失。为了提高电网利用率，节约电能，本文通过在电网中安装并联电容器的方法来补偿感性负载所需的无功功率，该装置可以为感性负载提供无功功率，提高电网的功率因数，减少电能损耗，这就是无功补偿。在供电电网中，发电机输出的电功率可分为三种：有功功率、无功功率和视在功率[2]。

即功率在一个周期内的平均值。

②无功功率：在含有电感或电容的电网中，电源首先给电感或电容充电，并将电能转换成磁场或电场的能量储存起来，待充电结束后，电感或电容又将储存的能量释放给电源，在整个循环周期内，电能并没有损耗，只是在不同时刻以不同形式的能量储存在电源、电感或电容之中，我们把这种没有损耗的能量交换的振幅值称为无功功率[2-3]。

2 基于单片机的智能动态无功补偿装置的方案实施

智能动态无功补偿装置是维护电力系统稳定、保护电能质量和电网安全运行必不可少的保护系统。实现的基本原理是：将容性负载与感性负载并联，电能在这两种负载之间相互转换，利用这种方法就可以实现对感性负载所需无功功率的补偿[4]。

本装置的设计电路由主控制器、A/D转换、检测电路（电流和电压检测器）、功率因数测量系统、过零触发模块、同步开关器件、人机接口电路和放电保护系统等模块组成。系统总体结构框图如图1所示。

（1）主控制器：本装置以AT89C51单片机芯片为主控制器，用于控制整个电路，并实时跟踪测量负载电压、电流、无功功率和功率因数，然后将检测到的数据进行系统分析、逻辑判断和实时控制，最后选定**补偿效果的补偿方式并通过指令控制过零触发模块，用以判断同步开关的导通时刻，从而可以实现快速、准确的无功补偿。

（2）检测电路：主要包含电流检测器和电压检测器，其中的多路开关可用于检测电路中负载的电流和电压，然后把采集到的电信号经A/D转换器转换为数字信号，输送给单片机主控制器， 在完成数据分析和逻辑判断之后，单片机发出系统控制指令用于控制过零触发模块实现同步开关投切，从而实现无功功率的动态补偿[5]。

（3）功率因数测量系统：在功率因数测量系统中，电压、电流信号经过信号整形、同步周期测量、相位测量等计算后，把所得数据送入单片机中进行逻辑分析、判断，并得出被测电路的功率因数。这种设计既简化了功率因数测量电路的结构，又增强了检测的准确性和快速性。

同步开关器件用以控制电容器，可以使电容器的开关接点在需要的时刻准确的断开或闭合，并且可以实现电容器的无涌流投入[6]，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。同步开关器件相比复合开关器件取消了晶闸管组件，这不仅简化了器件结构，降低了生产成本，而且还避免了晶闸管组件所容易出现的故障，使开关可靠性和准确性得到了很大的提高。

3 结语

基于单片机的智能动态无功补偿装置在供电电网中的运用，是针对电网中无功功率消耗大、电能损耗大、电网利用率低等问题而设计的。在实际电网中的测试结果表明，功率因数大幅提升，电网利用率显著提高，可以很好地适应电网中复杂的电路。AT89C51单片机控制芯片的高控制性能，保证了整个装置的稳定运行。采用的检测模块、功率因数测量系统和过零触发模块，在测试过程中表现良好，测量数据准确，控制性能良好。本设计适合在供电电网中运用和推广。

【参考文献】

[1]裘永卫.低压无功补偿配置方案[J].电气时代，2004（3）：38-39.

[2]DL/T5219-2005 送电线路基础设计技术规定[S].国家经济贸易委员会，2005.

[3]刘雄军. 关于一种新型动态无功补偿装置应用的研究与探讨[J].科园月刊，2008（6）.

[4]董国兴.李向东.王福忠. 低压无功补偿电容器的投切条件分析[J].焦作大学学报，2006，20（1）.