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小于平均无功负荷的2/3时，考虑到无功不应倒送，可固定安装的补偿装置，但应按最小无功负荷确定补偿容量。当线路中有较大无功负荷点时，除应考虑与线路始端的距离外，也应考虑大的无功负荷点。选择电容器时应考虑电容器的过电压能力，耐受短路放电能力、涌流，以及运行环境和电容器的有功损耗等因素。
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第4章10KV线路的无功补偿方案
4.1 10kV线路补偿方案简介
4.1.1就地无功补偿方案
该方案又称“个别补偿”，电容器直接装于用电设备附近，与电动机的供电回路相并联，常用于低压网络。它使用可控硅或者机械开关作为投切开关，通过就地电压传感器控制而自动地投切电容器。一般的包含了一个电抗器用来对谐波进行滤波。它在其连接点通过改变流入或者吸收系统的无功电流来改变系统的电压。在效果上，它起着一个可变无功负载作用，调整其值起到保持交流电压为常数的作用。通常适用于经常投入运行，负荷较稳定的中小型低压电动机。在电机等感性负载旁和电容器直接并联，与电机等同开，同停。停机后电容器通过电机直接放电，电容器不再另需放电装置。运行时电机所需无功由电容器就地供给，能量交换距离最短，可以最大限度的降低线路的电流。在线路相同的条件下，线路损耗与电流的平方成正比，所以电容就地补偿，节电效果最好，投资也小。特别是能够有效抑制设备瞬间出现的电流波动冲击电网。但是一般工业生产，现场环境相对较差，特别是冶金企业，金属粉尘含量高，维护、保养若不能定时进行，往往最易损坏。同时，对于频繁操作的设备，由于瞬间大电流的频繁冲击，也是造成电容器易损坏的一个方面，所以，此种方式中电容器使用寿命短。由于随机开,停,电容器的有效使用率也最低。 4.1.2分散补偿方案
分散补偿一般装设在10kV配电线路上，可以根据各种传统优化补偿方法确定补偿位置和容量。常见有以下几种方式:
（1）高压电容器分组安装于城乡电网10kV,6kV配电线路的杆架上。
（2）低压电容器安装于公用配电变压器的低压侧。 （3）低压电容器安装于电力用户各车间的配电母线上。
这种补偿方式在变压器低压侧的输电线路中，分散进行电容器固定容量的补偿，克服了集中固定补偿中容量较大时的涌流过大等问题，并能有效的增大配电线网的供电能力，节电效果较好。其优点是在低负荷时，可以相应停运数组，以
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防过补偿。投资较为经济。 4.1.3集中补偿方案
集中补偿通常指装设于地区变电所或高压供电用户降压变电所母线上的高压电容器组。其优点是易于自动投切，利用率高，维护方便，事故少，能减少配电网、用户变压器及专供线路上的无功负荷和电能损耗。这种补偿方式己经被大量使用。集中补偿分为固定容量补偿和自动补偿，均可最大限度的挖掘变压器的容量潜力，增大负载能力。根据P?S?COS?当功率因数COS??1时，有功功率P等于变压器的视在功率S。而一般自然功率因数在0.6～0.7之间，如不进行补偿，供电变压器的效率就很准提高，例如，1000kVA的变压器仅能带600～700kW的有效功率。特别是自动补偿，功率因数可控制到0.95～0.98，其增容效果更为显著。电容器的充、放电功能，可以有效的稳定电压，提高供电质量。电容器的安装环境也可以选择有利于日常维护、保养的地方，有利于延长电容器的使用寿命。但其缺点是不能解决低压网络内部无功电流的流动，补偿容量大，投入资金高，特别是自动补偿，按循环方式投、切，被切除的电容要有充足的放电时间，才能再次投入，电容配置容量相对较大，相应损耗也大。固定补偿虽然投资小，但如果补偿的容量过大，在低负荷时，易出现过补现象。在开、停过程中涌流较大，易造成设备损坏。城网无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置，可采用分散和集中补偿相结合的方式。目前在我国城市中较普遍采用集中安装方式，但衡量两种方式则以分散补偿为好，因而应提倡在380/220V低压网应采用分散补偿方式。 4.1.4跟踪补偿方案
跟踪补偿和随机补偿常用于用户端补偿。跟踪补偿是最常用的补偿方式，通过将低压电容器组安装在用户10kV母线上，使用自动投切方式跟踪无功负荷的变化。随机补偿常用于大型电动机和电焊机等功率因数很低的设备，通过控制、保护装置与电动机同时投切。对于大型电动机等设备有很好的经济效益。
4.2几种补偿方案的理论比较分析
由于经济的发展，大多数的高压用户的容量都大于160kVA，根据《利率电费调整办法》高压用户的功率因数都要求达到0. 9，根据每个月电费情况，绝大
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多数用户都能很好的完成利率。因此，如何对配电线路上进行补偿，保持无功功率平衡，提高电压质量，降低线损是本文所主要讨论的问题。进一步讲，针对变电所“集中补偿、线路分散补偿、变压器随器补偿”几种方式进行比较，分析各种补偿方式的优劣。
变电站集中补偿具有必要性，主要有以下三点:
（1）变电站通过调节电容器的投切和变压器分接头的位置来调节无功潮流。 （2）可以补偿主变压器的无功损耗。
（3）就近向配电线路前段(即靠近变电站的线段)输送无功。
但是完全集中在变电站进行无功补偿，经济效果受到很大限制，这是由于电容器组装于变电站，对减少10kV配电网网损作用不大。因为用户消耗的无功功率仍需要通过线路长途输送，其功率和电能损耗在配电网内并未减少。通过计算也证明对于均匀分布的负荷情况，线路中只有一个补偿点的情况下，最佳补偿未置应该在线路全长2/3位置。在不均匀负荷的情况下，最佳补偿位置也应该在线路中60%～70%的位置左右。为了进一步说明由于不同位置的补偿，对于35kV和10kV线路补偿的效果经济性的不同，进行以下理论论证： （1）当完全不进行补偿时，如图4-1所示：
图4-1未进行补偿前
整个网络损耗；
P2?Q2P2?Q2?3?3R?10?R?10 ?P? （4-1） 351022U35U10 （2）当电容器组安装于变电站1OkV母线时，如图4-2所示：
图4-2补偿位于10kv母线上
整个网络损耗；
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P2?(Q?Qc)2P2?Q2?3?3R?10?R?10 ?P? （4-2） 351022U35U10 （3）当电容器组安装于10kV线路时,线路如图4-3所示：
图4-3补偿位于10kv线路上
整个网络损耗为；
P2?(Q?Qc)2P2??Q-QC??3?3R?10?R?10 ?P? （4-3） 351022U35U102比较上面3式，可见，在电容器容量Qc相同的情况下，当电容器组装于变电站的10kV母线上时，仅能减少35kV的线损，不能减少10kV级线损。而当电容器组装于10kV线路上时，则可以同时减少35kV和10kV两级线损。因此为了提高无功补偿的经济效益，电容器组尽量装在10kV线路上是合理的。 （4）当电容器组安装于变压器低压侧时，线路如下图4-4所示：
图4-4补偿位与变压器低压侧
整个网络损耗的功率为；
np2?(q?qc)2p2?(q?qd)2p2?q2?3?3?3?p?r?10?r?10?r?10?3510Ti222u35u10ui?10.4
(4-4)
RTi为第I台变压器的电阻。
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毕业设计（论文）
题 目：学 院：专业班级：电气工程及其自动化指导教师：学生姓名： 学 号：
10KV线路无功补偿的研究 电子信息学院 09级4班 徐健 职称： 副教授 刘磊
40903040409
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摘 要
电能作为国民经济发展的主要能源之一，在我国国民经济建设的迅速发展中，起到了至关重要的作用。节约电能在电力行业中成为一个重要研究课题。对输配电线路进行无功补偿有利于电网的安全和稳定，同时对电网降损节能有着重要意义。在供电系统中，供电质量的优劣有三个评价的因素：在电源点电压和频率趋近于恒定功率因数趋近于1的三相系统中，相电流和相电压趋于平衡。其中，采用无功补偿来实现功率因数趋近于1，可以大量的减少线路中因输送无功电流而产生的电能损耗，并有效的改善电压，因此无功功率的补偿一直以来都是供配电系统中一个重要的环节。
合理的无功补偿点的选择以及补偿容量的确定，能够有效的维持系统电压平衡，提高系统电压的稳定性，避免大量无功功率的远距离传输，从而降低有功网损，减少发供电费用。由于我国配电网长期以来无功功率缺乏，由此造成的网损相当巨大，因此无功补偿是降损措施中投资少回报高的有效方案。本文是在总结前人研究成果的基础上，以10kV输配电线路为研究背景，对无功补偿原理、无功补偿方式、补偿容量和位置的确定进行了系统地分析，结合我国输配电网无功建设的现状，就我市10kV西临干线做了详尽地无功补偿方案设计。
关键词：10kV线路，无功补偿，功率因数，无功补偿容量
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ABSTRACT
Electric energy as one of the main energy of economic development, the rapid
development of China's national economy, plays a crucial role in. Energy saving has become an important research topic in the electric power industry. No power compensation for power transmission and distribution lines for grid security and stability, has the important meaning at the same time, saving energy and reducing loss of power grid. In the power supply system, power quality has three factors: evaluation of three-phase system in the power supply voltage and frequency tends to a constant power factor tends to 1, the phase current and phase voltage balance. Among them, adopt to achieve power factor tends to 1 without power compensation, can greatly reduce the number of generated by conveying wattless current line power loss, and improve the voltage effectively, so the wattless power compensation has always been an important link in power supply and distribution system.
Reasonable compensation of wattless power point selection and determining the compensation capacity, can effectively maintain voltage balance, improve system voltage stability, to avoid the long distance transmission of wattless power, thereby reducing the power loss, reduce the power supply cost. Because the distribution network in China for a long time without power lack, loss caused by a huge, so the reactive compensation is not reduced effective scheme of high investment return loss measure of. This paper is on the basis of previous research results, the 10KV transmission and distribution line as the research background, the wattless power compensation principle, idle compensation method, compensation capacity and location were analyzed systematically,with the current situation of china`s ower transmission and distribution network construction without power, on the city 10KV West trunk. Detailed wattless power compensation scheme design.
KEYWORDS: 10KV lines, Reactive power compensation, Power Factor, Reactive
power compensation capacity.
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目 录
第1章 绪 论 ....................................................... 1
1.1课题背景 .................................................... 1 1.2我国配电网无功功率的现状及国内外研究现状 .................... 2
1.2.1我国配电网无功功率的现状 .............................. 2 1.2.2国内外无功补偿技术的研究状况 .......................... 3 1.3课题研究的目的和意义 ........................................ 4
1.3.1加装无功补偿设备，改善电压质量 ........................ 5 1.3.2加装无功补偿设备，提高输配电线路供电能力 .............. 5 1.3.3加装无功补偿设备，提高变压器的带负荷能力 .............. 5 1.4本文的主要工作 .............................................. 5 第2章 无功补偿和无功优化 .......................................... 7
2.1无功补偿 .................................................... 7
2.1.1无功补偿的基本概念 .................................... 7 2.1.2无功补偿的基本原理 .................................... 7 2.2无功功率 .................................................... 9
2.2.1配电网无功功率 ........................................ 9 2.2.2功率因数 ............................................. 12 2.3配电网无功补偿问题的提出 ................................... 13
2.3.1无功补偿的电路和向量图 ............................... 14 2.4无功优化的原则 ............................................. 15 2.5电力系统无功优化的数学模型与求解方法简介 ................... 16
2.5.1电力系统无功优化的数学模型简介 ....................... 16 2.5.2目标函数 ............................................. 16 2.5.3等式约束条件 ......................................... 17 2.5.4不等式约束条件 ....................................... 17 2.6电力系统无功优化的求解方法简介 ............................. 18
2.6.1 常规优化方法......................................... 18 2.6.2 人工智能方法......................................... 20
III
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...I1?I1R?jI1X，若补偿后，流经网络的电流为I2，其有功、无功分量为I2R和I2X，
则I2?I2R?jI2X。补偿后，有功分量不变，故有I1R?I2R。
补偿前的线路损耗为；
?P?3I12R?3(补偿后线路损耗为；
2 ?P?3I2R?3(...I1R2（3-3） )R
cos?1I2R2（3-4） )R
cos?2补偿后线损降低的百分值为；
??cos??2??P1??P21???100% （3-5）?100%??1?? ?PS%? ???P1cos?2??????而补偿容量；
QC?3U?IX?3U?I1sin?1?I2sin?2? ?3UI1R?tg?1?tg?2??P?tg?1?tg?2? （3-6）
因此补偿容量与式(3-1)是一致的。 3.5.3以电压为指标计算无功补偿容量
根据《电力系统电压和无功电力技术导则》对处于正常网内的电力用户电压作如下规定:10kV用户电压允许偏差应在额定电压的17%，以电压为指标计算无功补偿容量，一般适用于配电线路末端，供电电压较低，或者因所带负荷过重、导线细的电网。
具体计算方法:
补偿前，网络电压表达式计算为； U1?U2?PR?QX （3-7） U2'补偿后，电源电压U1不变，变电所母线电压U2升到U2，且；
'? U1?U2PR?(Q?QC)X （3-8） 'U2所以；
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' ?U?U2?U2?QC?QCX （3-9） 'U2'U?U QC?2 （3-10）
X计算补偿容量；
?QC：?QC?3QC?3U2L3'??UL3?1 （3-11） X3.5.4以无功补偿经济当量为指标计算无功补偿容量
补偿前线路的有功功率损耗为； ?PL1?补偿后有功功率损耗为 ； ?PL2?有功损耗的减少值为；
?PL??PL1??PL2?
P2?Q2UC2 R?10?3 （3-12）
P2?(Q?QC)2UC2 R?10?3 （3-13）
QC(2Q?QC)UC2R?10?3 (3-14)
无功经济当量的意义是当线路投入单位补偿容量时，有功功率的减少值，即；
Cb??PL (3-15) QC当采用补偿当量来计算补偿容量时，可将线路分成n段，算出每段的有功损耗值，即；
?P?Qci(2Qi?Qci)Ri?3?10 (3-16) 2Uc式中：Qci--第i段线路的补偿容量 Qi-- 第i段线路的无功功率 Ri-- 第i段线路的电阻 则n个线段有功损耗的减少的总值为；
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n ??Pi??i?1Qci(2Qi?Qci)RiUc2?10?3 (3-17)
因此，补偿容量为；
QC??P (3-18)
iCb3.6无功补偿位置的确定
3.6.1 建立配电线路的数学模型
10kV输配电线路的负荷点较多，可认为是均匀的线负荷，设一配电线路主干线长为L，
图3-2 补偿前输配电线路模型
图3-3补偿后输配电线路模型
导线单位长度的电阻为k，补偿前线路始端的无功负荷电流为I，并设定正方向向右。如图3-2所示。则线路任意一点的无功电流为i?I?I?X/L，X指该点到线路始端的距离，0?X?L；在线路中某一点A进行补偿，补偿后线路始端无功负荷电流为I1，距离线路始端为L1，距离末端为L2，如图3-3。
补偿点A后，L2段始端的无功电流为I22，L1末端的无功电流为I22，则有以下关系；
I22?I2?I21 I?I1?I2 I21?I1?I?L1/L (3-19)
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各段L1,L2上任意一点的无功电流可表示为；
i1?I1?I?X1/L （0?X1?L1） (3-20)
i2?I22?I?X2/L （0?X2?L2）
X1指该点距线路首端的距离；X2(3-21)
指该点距A点的距离。
3.6.2 补偿后电能损耗分析
电流在线路上引起的损耗即电流在整个线路电阻上的积分，因此，无功电流在L1,L2上的损耗分别为；
2 ?P1??i1kdx?k?0L1L10?I1?IX1/L?2dx (3-22)
?P2??ikdx?k?0L222L10?I22?IX2/L?2dx (3-23)
3分别将以上积分并化简得到；
222 ?P （3-24） ?kIL?IIL/L?LI/3L111111222 ?P2?kI22（3-25） L2?I22LL22/L?L2I2/3L
???3?又因为；
I1?I?I2 L2?L?L1 I22?I2 I21?I2 I1?I?L1/L?I?L?L1?/L (3-26)
2222222232（3-27） ?P1?k3LIL1?6I2IL1L?3L1I2L?3LL1I?3LL1I2I?I2L1/3L 23 ?P2?kI2L3?3I2L1L2?3I2LL1?I2L1/3L2 （3-28）
????因此线路上的总损耗?P??P1??P2，由得到；
22233?P?k3L2I2L1?6I2IL1L2?3L1I2L?3LL1II2?I2L1?I2L3?3I2L2L1?I2L1/3L2??(3-29)
可以看出，上式中?P是I2、L1的函数，为了求得?P的最小值，我们分别求?P对I2和L1的偏导数并化简，由于在函数取得极值时的偏导数为0，便得到以下等式。
?P对I2求导得到；
222LLI?2LLL?2ILL?0 1211 （3-30）
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?P对L1求导得到；
22 I2 L?2LL1II2?2II2L2?0 （3-31）
将式化简后得到；
I2?2I(L?L1)/L （3-32） L1?2L/3，所以 L2?L/3，I2?2I/3 (3-33)
3.6.3 理想状态电压损失校验
根据以上确定的结果，在配电线路中，补偿以前由无功电流引起的线路电压损失为；
?U??ikdx?k??I?IX/L?dx?kIL/2 （3-34）
00LL补偿以后，L21为负值，即方向向左，线路中出现了两个电压较低点，第一个为L1的中点，第二个为线路的末端。
由无功电流引起的线路中点对首端的电压降落为；
?U??i1kdx?kIL/18 (3-35)
0L/3因为I21的表达式I21?I1?I?L1/L，所以，A点对L1中点的无功电压降落为
kIL/18，因此A点对线路首端的无功电压降落为0。线路末端对A点的电压降
落；
?U末??i22kdx?kIL/18 (3-36)
0L/3因此，补偿后线路上由无功电流引起的电压降落最大的点有两个，分别为线路的末端和1/3处，电压降落为kIL/18。
3.7 补偿方案的确定
由以上分析得知，多负荷点的10kV配电线路的补偿位置一般可考虑在主线路上补偿,应在配电线路距首端2/3处，补偿的容量应为无功负荷的2/3。即三分之二原则。在确定具体某一条配电线路的补偿时，应充分调查该线路的平均无功负荷和最小无功负荷，这些数据可以从运行日志中获得。当线路的最小无功负荷
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泛连接而成的，用以模拟人脑行为的复杂网络系统。人工神经网络有分布式存储信息、集体运算和白适应学习的能力，具有预测性、指导性和灵活性的特点。人工神经网络以高维性、并行分布式信息处理、非线性及自组织自学习等优良特性应用于电力系统中。其收敛特性好，但是神经网络自我学习周期较长，求解容易陷入局部极值点，不利于多节点系统的在线快速实时控制。
多智能体算法
多智能体算法是分布式人工智能算法中的一种新兴算法，近年来被广泛应用。Agent(智能体)是一种具有感知能力、问题求解能力，能够和系统中其他Agent通信交互来完成一个或多个功能目标的软件实体。在一定环境下能独立运行，通过与环境的相互作用不断地从环境中获取知识，提高自己的处理能力。多智能体系统(MAS)是由多个松散耦合的、粗粒度的Agent组成的网络结构，具备自行解决问题的能力，不存在全局的控制机构，数据是分布的，计算过程不一定同步，可以极大地克服单个Agent知识不全面、处理不准确的缺点。由于电力系统本身就是一个十分复杂的系统，在其运行过程中存在着很多并发运行和需要计算机进行协同工作的机制，因此利用多智能体算法，将整个电力系统模拟为一个MAS系统，利用算法自身特点，将整个任务划分为多个子任务，采用相应类型的agent来进行优化，提高了系统的冗余度和抗干扰能力。例如基于MAS的全网无功优化的概念模型可以很好地解决单个站点运行所带来的冗余度不高、可靠性差的问题，解决了九区图的边界点频繁投切及在某些点电能质量难保障的问题。
其他新型算法
除了上述算法以外，近年来应用比较多的还有Box算法、混沌优化法及粒子群优化法等。Box算法源于非线性规划中的单纯形法，通过复合形的反射与收缩来寻求最优解，属于直接搜索法。该算法不要求目标函数和控制变量具有显式函数关系，可以实现整个可行域内的寻优。混沌优化法充分利用混沌变量的遍历性、随机性和规律性等特点进行全局优化搜索，更易跳出局部最优解，收敛速度快，但是计算精度不高，产生了一系列诸如变尺度混沌优化法的改进算法。粒子群算法通过模拟鸟类的捕食行为，达到求解的目的，是一种基于群体优化的全局搜索算法，收敛速度快，但由于微粒种群的快速趋同效应，容易陷入局部最优。
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第3章 10KV线路无功补偿
3.1 10kV线路无功补偿的必要性
在额定电压下，实现配电网无功平衡是保证电压质量的基本条件。配电网无功平衡的基本要求是配电网中无功电源可能发出的无功功率应大于或等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。为了保证运行可靠性和适应无功负荷增长，在配电网中应有足够无功功率备用容量。当配电网无功功率得不到合理的配置，可能会使大量无功功率流经长的配电线路，使配电网的某些节点运行电压降低；当输送的功率一定时，由于电压降低，电流就会增大，从而使线路上功率损耗和电压损耗增加；当配电网的无功功率比较充裕，能满足较高的电压水平下无功功率平衡的要求，配电网就能保持较高电压水平下运行；因此应力求实现在额定电压下系统无功功率的平衡，并根据要求进行合理无功功率配置。
对于10kV配电线路而言，功率因数偏低是普遍存在的问题。据统计，我国等级小于10kV(包括10kV)配电网中的线损占整个系统有功损耗的60%以上，这其中有相当一部分是由于无功功率在配网中的流动引起的。安全可靠供电的基础上，改善电能质量并降低网损。提高10kV线路功率解决这一问题就是要使配电网无功补偿就在基本完成系统有功功率传输任务的前提下，解决配电网无功功率如何传输和供给的问题，在满足系统因数的目的在于:降低有功损耗和提高电压合格率。
我国配电网的发展相对比较落后，先进电力系统控制技术的使用也十分有限，而且配电网在规划的过程往往不能和地区经济发展完全匹配。特别是最近几年来，居民生活用电高速增长，电网公用变压器容量越来越大，生活用电感性负载越来越多。与此矛盾的是，电网改造期间安装的低压无功补偿装置由于受装置设计、安装、元器件质量问题及操作、维护等影响较大，许多装置安装投运后不能正常运行等一系列的技术、经济、政策原因。因此，配电网功率因数偏低的问题将长期存在。
针对现状，急需研究充分利用现有设备和技术资源，解决以上问题，提高功率因数，保证电压质量，提高电力系统的稳定性和安全性，减少资金和设备浪费，
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充分发挥电力生产部门的经济效益。
3.2常用的无功补偿方式
按无功补偿设备在配电网的安装位置不同，可以将配电网现有的无功补偿方式可分为以下四类:变电站集中补偿、低压集中补偿、杆上无功补偿和无功负荷的就地补偿，如图3-1示。
图3-1 10kv输配电系统各种无功补偿方式示意图
3.2.1 变电站集中补偿方式
针对配电网的无功平衡，可在变电站进行集中补偿，见图4-1中的方式1。在这种方式下，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是改善输电网的功率因数，提高终端变电所的电压，补偿主变压器的无功损耗。这些补偿装置一般连接在变电站的母线上。其优点是:可提供变压器的有功输出容量，在变压器容量不变的情况下，增大供电能力，设备利用率高；减少母线，变压器和高压输电线路上的有功损耗，节约能源；当负荷变化时，能对母线电压起一定的调节作用，从而改善电压质量，可通过无功补偿自动控制装置，实现电容器组自动投切补偿，避免产生过补偿；便于管理、维护方便等。
其缺点是:补偿方式有一定的局限性。只能对补偿点以上网络的无功损耗进行补偿，以下网络的损耗则无法补偿；在高压侧补偿，设备一次性投资较大:采用人工操作，投切容量大，合闸冲击电流较大；切除和轻载时易产生过电压，对系统稳定运行有一定的影响。 3.2.2 低压集中补偿方式
目前国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式是在配电变压器380Y侧进行集中补偿(如图3-1的方式2)，通常采用微机控制的低压并联电容器柜，容量在
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几十至几百千乏不等，根据用户负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变用户的功率因数，实现无功的就地平衡，对配电网和配电变的降损有一定的作用，也有助于保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切的，也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制的。
其优点是:
（1）可以就地补偿专用变或配电变的无功功率损耗，增加变压器所带的有功负荷。
（2）能方便地同电容器组的自动投切装置配套，自动追踪无功功率变化而改变用户总的补偿容量，避免在总的补偿水平上产生过补偿或欠补偿，从而使用户的功率因数始终保持在规定的范围内。在这个意义上讲，可使用户达到最优补偿。
（3）集中补偿有利于控制用户本身的无功潮流，避免受电力网电压变化或负荷变化而产生过大的电压波动。当电压波动超过允许的范围时，可借助于自动投切装置调制母线电压水平，以改善电压质量。
（4）电容器组的基本原理是根据用户正常负荷需要确定的，允许时间长，利用效率高，补偿效益就高，而且低压集中补偿方式在运行维护上较为方便，事故率相对减少，相应地提高了补偿效益。
对配电系统来说，除了专用变压器之外，还有许多公用变压器，而面向广大家庭用户及其他小型用户的公用变压器，其通常安装在户外的杆架上，补偿设备投资大，维护难、控制和管理容易成为生产安全隐患。虽然这种方式能够更好的降低电网损耗提升电压，但是在设备故障、维修不及时的情况下(这样的情况还是比较常见的)，反而大大降低了设备的利用率，使得补偿的效果大打折扣。这样，配电网的补偿度就受到了限制。 3.2.3 杆上无功补偿方式
杆上无功补偿方式又称分散补偿方式或分组补偿方式。杆上补偿方式是将配电系统所需的无功补偿容量按局部负荷大小进行分配，在l0kV配电线路上安装电力电容器进行补偿，如图3-1中的方式3。由于配电网中大量的无功沿线传输
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使得配电网网损居高难下。因此采用l0kV户外并联电容器安装在架空线路的杆塔上进行无功补偿，以提高功率因数，达到降损升压的目的。
其优点是:
（1）对于负荷比较分散的用户，有利于实行内部无功分区控制，分区平衡，减少网络中无功电流引起的损耗和电压损失，被补偿网络能较经济运行，体现了无功“分散补偿，就地平衡”的原则。
（2）可增加设备的承载能力，尤其在配电分支线上进行补偿，可以改善输电线路的运行特性，降低损耗，提高电压质量，对于改善我国配电线路过长、负荷率低、有功及无功损耗大、末端电压质量差的状况，是最为经济的可行性措施。
（3）对于分车间考核用电指标的用户，可提高本车间的功率因数，降低产品单耗和生产成本，经济效益好，且其补偿方式灵活，电容器投切时冲击电流较小。
其缺点是:
（1）只能减少l0kV配电线路和变压器上的无功负荷，不能减少10KV线路的无功损耗。
（2）由于设备安装地点比较分散，其维护管理的难度比较大，补偿设备的利用率较集中补偿方式低。
（3）如果在车间装设的电容器不能分组投切，则补偿容量无法调整，可能出现过补偿。
（4）分组补偿方式的一次性投资大于集中补偿。
因这种补偿方式具有投资小、回收快、补偿效率较高、便于管理和维护等优点，适合于功率因数较低且负荷较重的长距离配电线路，但是因负荷经常波动，而该补偿方式主要是补偿了无功负荷，在线路重载情况下，补偿度一般是不能达到0.95。由于杆上安装的并联电容器远离变电站，容易出现保护不易配置，控制成本高，维护下作量大，受安装环境和空间等客观条件限制等工程问题。 3.2.4 用户终端就地补偿方式
用户终端就地补偿方式就是将0.4kV,6kV,10kV电压等级的电容器与电动机并接，通过断路器、负荷开关、接触器与电动机同时投切的一种补偿方式，如图3-1中方式4所示。主要用于5kW及以上的电动机无功补偿，特别是年运行小时
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数比较大(一般大于1000小时)，或电压偏低(如农村电网)，或距离变压器较远的情况，通常用户的补偿投资可在1-2年内全部收回。使用这种方式是电动机无功补偿的首选方式。运用时必须注意两点:不能过补偿；防止电动机退出运行时产生自激震荡。
它的优点是线损率可减少20%；减小电压损失，改善电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；释放系统能量，提高线路供电能力。缺点是就地补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量，而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置，设备利用率不高。
通过以上分析可知，四种无功补偿方式各有各的优缺点，其综合比较见表3-1所示。目前我国配电网的无功补偿主要以低压分散补偿和用户就地补偿为主。由于低压分散补偿所具有的缺点，造成配电网无功缺额较大，线损较高。利用杆上无功补偿设备恰好能弥补低压分散补偿的不足，能有效降低线路损耗，提高线路末端电压。另外随着并联电容器制造水平以及自动控制水平的提高，杆上无功补偿设备已进入实用化阶段。
综上所述，在配电网进行无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡，是一项建设性的降损技术措施。本文分析了四种配电网无功补偿方式，各有利弊，应根据配电网络补偿需要，合理采用，使其优势互补，以达到最佳的补偿效果。
表3-1 补偿方案综合比较 降低损耗有效补偿方式 补偿对象 范围 变电站集 中补偿 低压集中 补偿 杆上无功 补偿 无功负荷 就地补偿 变电站无功需求 配电变压器无功需求 10KV线路无功负荷 终端用户无整个电网 功需求 较好 较大 较高 方便 变电站主变压较好 器及输电网 配电变压器及较好 输电网 10KV线路及 较好 输电网 较大 较高 方便 较大 较高 方便 较大 较高 方便 效果 资大小 用率 便程度 改善电压单位投 设备利 维护方 28
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3.3 10KV线路无功补偿的合理配置
10kV线路无功补偿的配置应在分级补偿、就地平衡的原则下进行合理布局。在配电网路中，用户消耗的无功功率一般在50％～60％，其余的无功消耗在配电网中，集中补偿只能补偿主变压器本身的无功损耗和变电所以上输电线路的无功电力，但是不能降低配电网络的无功损耗，因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输出，所以要有效降低线损必须对10kV配电网线路进行相应的分散补偿，在中、低压配电网应以分散补偿为主，用户对无功消耗较大的设备还可增加就地单独补偿设备。就地用户端无功补偿应随随电动机同时投入，同时退出，不需要频繁调节补偿容量；不需要配套专门操作和保护监控电容器的电气设备；投资少、占地少、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等。
对无功补偿后的功率因数，国家水电部、物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定了三种功率因数标准值：（1）高压供电用电单位，功率因数在0.9以上；（2) 低压供电用电单位，功率因数在0.85以上；（3) 低压供电农业用户，功率因数在0.8以上，可以相应减少电费。补偿后三种用户的功率因数以不超过0.95、0.94、0.92为宜，因为超过此值电费不减少反而对初次设备增加是不经济的。由于无功补偿所产生的经济效益不直接，因此供电部门在进行公用配网规划时，只考虑增加电源点和变压器容量，往往忽视无功补偿设备的投入，而公用配变的特点是容量大，负荷较重，居民用电时间相对集中，变压器空载和轻载运行时间较长，造成变压器功率因数较低，损耗较大，因此对中、低压配网进行无功补偿已势在必行。
10kV配电网线路的补偿方式和补偿位置的确定, 应根据电网负荷不同的分布情况和便于管理来确定,同时, 根据《电力系统和无功技求导则》和《全国供用电规则》的相关规定, 当线网功率因数小于0.85 时, 就应该采取无功补偿来提高功率因数。在补偿原则上, 能采用低压补偿方式, 就不宜采用高压补偿。很多情况下可根据配电网线路的具体情况, 宜采用高、低压相结合的补偿方式。如每个用户负荷很小, 又非常分散, 单台低压变压器容量较小, 适宜在10kV线路上采用高压补偿方式。
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3.4无功补偿的主要手段
3.4.1同步调相机
同步调相机实际上是不带机械负荷、空载运行的同步电动机。它从电网中吸取少量有功功率供给运转时的机械损耗和铜铁等损耗。同步调相机有过激磁和欠激磁两种运行方式:过激磁运行时，向系统提供感性无功功率，为无功电源，这是一种经常的运行状态欠激磁运行时，则从系统吸收感性无功功率，成为无功负荷，这是在系统负荷较轻，无功功率过剩，电压过高时的特殊运行状态。只要改变同步调相机的励磁，就可以平滑地改变它的无功功率地大小及方向，因而可以平滑地改变所在地区的电压。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。但由于其自身的优点，即在系统电压降低时，靠维持或提高本身的无功处理能力，可以给系统提供紧急的电压支撑，所以至今仍在高压输电系统中发挥作重要作用。另一方面其体积大、噪音高、维护不方便、造价高等原因，目前在中、低压输电区域，大部分己被并联电容器组所取代。 3.4.2并联电容器
设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。并联电容器补偿无功功率的方式按其安装的位置不同，通常有三种:(1)变电站集中补偿方式；(2)用户集中补偿方式；(3)用户终端分散补偿方式。
电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的连续无级动态补偿。 3.4.3静止无功补偿器SVC
20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置 (Static Vat Compensator-SVC)所取代，目前有些国家己很少使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor-SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。
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电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thurston Controlled Reactor--TCR)和晶闸管投切电容器(Theistic Switched Capacitor--TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)或机械投切电容器((Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的装置(即TCR+FC. TCR+MSC)等。
随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的无功补偿，有人称为静止无功发生器 (Static Vat Generator--SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advanced Static Vat Generator--SVG)或静止调相器(Static Condenser-STATCON}。最近，日本和美国己分别有数台SVG装置投入实际运行。
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或电抗器。这些补偿措施改变了网络参数，特别是改变了波阻抗、电气距离和系统母线上的输入阻抗，无源装置使用机械开关，它不具备快速性、连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
SVC补偿装置可以看成是电纳值能调节的无功元件，它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC装置作为系统补偿时连续体调节并与系统进行无功功率交换，同时还具有较快的响应速度，它能够维持端电压恒定。
据有关文献介绍，美日等国都主张配电网络基本不输送无功功率，其无功功率缺额主要依靠“就地补偿”来解决。近年来，全国各地在配电网线路上装设了大量地并联电容器。实践证明，在配电网线路上装设电容器，具有投资小、见效快和降损效果明显的特点，而且安装简便，维护工作量小，事故率低，特别适应农村电网线路长，负荷点多的供电情况。
我国从变电所到用户负载的供电线路大多是10kV 线路,其负荷沿主干线大致是均匀分布，在配电线路的什么位置进行补偿，补偿的容量多大，是在进行补偿以前需要研究的重要问题。下面就10kV线路进行无功补偿的补偿容量、最佳
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安装位置进行探讨。
3.5无功补偿容量的确定
无功补偿的性能指标主要有:功率因数、线损、电压、补偿经济当量。下面分别以这几个性能指标进行无功补偿容量的计算。 3.5.1以功率因数为指标计算无功补偿容量
根据《电力系统电压和无功电力技术导则》，对处于正常网内的电力用户功率因数作如下规定:高压供电的工业用户，功率因数为0.9以上，其他100kVA及以上的电力用户，功率因数为0.85以上.当用户自然功率因数达不到这一标准时，必须装设无功补偿装置使其达到标准。
具体计算方法:
（1）当能给出补偿后的期望功率因数为cos?2时，计算补偿容量；
QC?P(tg?1?tg?2)?P(其中 : QC--所需补偿容量(kvar)
11?1??1) (3-1)
cos2?1cos2?2 P--最大负荷日平均有功功率(kw) cos?1--补偿前功率因数
（2）能给出补偿后的期望功率因数cos?是一个范围（cos?2,cos?3 )时，计算补偿容量；
P(1111?1??1)?Q?P(?1??1) (3-2)C2222cos?1cos?2cos?1cos?3
3.5.2以降低线损计算无功补偿容量
线损是电力网经济运行的一项重要指标，在电网上进行无功补偿主要目的是降低线路损失。按降低线损确定补偿容量的计算方法在实际补偿计算中用得不多，但它可以说明补偿容量与线损降低率之间的关系，具有一定的实用价值。
具体计算方法:
如设补偿前流经电力网的电流为I1，其有功、无功分量为I1R和I1X，则
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