配电网如何实现跟踪无功补偿？

配电网实现跟踪无功补偿的方法

电力系统中的电压水平与系统中无功功率的状况密切相关。电力系统中潮流的变化，特别是无功功率潮流的变化，会使电力线路和变压器的电压损耗发生变化，并引起各节点电压的变化。

近十年来，我国电力装机容量每年以10GW的速度递增，而电网建设的速度明显滞后，网络损耗问题日益突出。在我国各级电力网损中，10kV配网的降损潜力最大。

无功补偿是10kV配电网降损升压的有效手段,与其它措施（如改造配电网网架结构，甚至提高电压等级和增加变电站；更换高能损耗变压器；加大导线截面，缩短供电半径）相比，无功补偿的投资最少。

据估算，在大多数10kV配电系统中，通过无功补偿大致可降损5%~10%，而无功补偿的投资在1~2年内能回收。

1、改进型静止无功功率补偿装置

静止补偿器(SVC)的主要型式有饱和电抗器型（又分自饱和电抗器型（SR型）和可控饱和电抗器型（DCR型））、晶闸管相控电抗型（又分相控电抗器型（TCR型）和相控高阻抗变压器型（TCT型））、晶闸管投切电容器型（TSC型）、TCR+TSC混合型。SVC中的各种形式除TSC外都存在一个共同点，那就是不可避免的会产生谐波（虽然部分可以通过滤波器消除）。饱和电抗器分六柱式和九柱式2种结构，六柱式会产生 （k=1，2，3……）次特征谐波，九柱式会产生 （k=1，2，3……）次特征谐波。

六脉冲TCR会产生 （k=1，2，3……）次特征谐波，十二脉冲TCR会产生 （k=1，2，3……）次特征谐波，电抗器#变压器结构会产生除3次及3的倍数外的奇次谐波。甚至SVC本身在不平衡状态下也将产生非特征谐波。一旦产生谐波，往往对电源或与它并联连接的负载产生影响，如电源发电机的过热；仪表误差增大；保护继电器误动作；电容器等的过载及过热；系统发生局部谐振；对微弱信号线、测量线的感应干扰；同步电动机的转距不均匀；感应电动机的振动和噪声增加。因而以往在做无功补偿设计时必须考虑谐波的治理。

能不能在晶闸管动作时既不产生谐波，又不出现暂态过程呢？笔者提出了固定电容器#分级可调可控硅开关操作电抗器组（FC#TSR）无功补偿设计方案，如图1所示。

ZK为真空开关， 分别为A相四组电抗器的控制端（ 及 同样），且4组电抗值比例为8：4：2：1。A相的电抗接线（ 相同）见图2。在10kV系统中，我们根据当地实际发展需要，确定负荷最大需补偿无功容量 ，再依据 ,得到每相需要并联的电容的大小。假设全部投入电感后，恰好抵消全部电容器产生的无功，相当于发生并联谐振，利用 可求出每相总电抗值，再按照8：4：2：1的关系分别求出4个电抗值。与TCR的不同在于它只作为一种无触点的静止可控开关，每个可控硅导通角都是 ，这就在电抗中不会产生谐波，而且响应速度快，不会产生冲击电流。

在工作中，电容器接成星形中性点不接地方式，且全部投入到系统中；电感同样接成星形中性点不接地方式，它的投切是依照保持电压水平在规定范围内，达到功率因数不低于0.95，每次调节的最小容量是总无功容量的 ，所以一般调节之后与系统需求无功误差小于 。当然按照实际情况，也可设计为分7级或31级可调，级数分得越密，调整误差越小，电压变化越连续。分级多成本高，制造复杂，维护繁琐。应该说，在电压变化频繁的地方分级越多越好，相反，在电压变化小的地方，就无须分较多
的级。另外，有的地方夜间运行时，系统无功过剩，就可在设计时允许电抗器组全部投入后，抵消全部无功后还有剩余，能消耗一些系统无功。因而在设计时要综合考虑，因地制宜，灵活使用，目的是更好地满足地区电网需要。

在10kV系统下，Q=5000kvar时，同为十五级可调的TSC、FC#降压变压器（10/1kV）#TSR及FC#TSR的设计参数有所不同，见表1。从表看出，TSC与FC#TSR相比，晶闸管的反峰电压要明显高许多，在制造时须串多个晶闸管，且它的控制要满足一定条件，比TSR的控制要复杂；虽然FC#TSR要另外设计电抗器，但这部分的成本要少的多。FC#降压变压器（10/1kV）#TSR也是一种可行的方案，经变压器的作用，晶闸管承受的电压明显降低，且它们本身的电流承受能力较大，这在制造时很方便；再考虑变压器消耗的无功容量，调节有一定的裕度。唯一的缺点就是要增加5000KVA容量的变压器，制造成本增加。随着变压器的制造和维护技术的成熟，对控制用的可控硅耐压要求低，这种方案也会得到推广。

表1 U=10kV、Q=5000kvar时3种设计方案的比较
设计方案 电容或电抗 晶闸管反峰电压 流经晶闸管电流
TSC 45.5kV =18.1A
=36.1A
=72.2A
=144A
FC——TSR =956mH 26kV =19.2A
=478mH =38.4A
=239mH =76.9A
=119mH =154A
FC——降压变压器（10/1kV）——TSR =9.56mH 2.6kV =192A
=4.78mH =384A
=2.39mH =769A
=1.19mH =1540A
对电抗器的设计也有一定的要求，要有良好的工作特性，在150%额定电压下仍希望工作在线性区域，不饱和。经过几种结构比较后，最后还是决定为三相分开制造，每相的不同电抗绕组都采用单相双柱铁心式。

模拟试验表明，FC#TSR能达到自动跟踪补偿的设计要求，结果是令人满意的。笔者在为长春供电局设计无功自动跟踪补偿方案时，就采用了FC#TSR方式。

无功补偿的自动跟踪将在电力部门得到广泛的应用，特别在无功补偿方面能发挥静止型、经济、简单、方便、可靠、节能的优势，克服以前因技术不成熟而使应用受到的局限。将在国内全面推广，而FC#TSR型SVC以其无冲击电流，无谐波的优势会在无功补偿技术中占有一席之地。