[b]1　引言 [/b]　　現代電網中，電動機等感性負荷占據相當大比重。它們在消耗有功功率的同時，也需要吸收大量無功功率。無功功率的出現不僅導致發電機出力下降，降低了輸配電設備效率，而且還增大了網損，嚴重影響供電質量。目前，日本、美國等發達國家補償度達到0．5以上，干網功率因數接近1．0，而我國僅為0．45。低壓系統補償中，主要采取變電所集中補償方式，對大型用電設備則采取分散補償。 　　隨著人民生活水平提高，低壓用戶，特別是住宅用戶的用電量大幅增長。住宅設計推薦用電容量已達到40VA／m2以上。然而，由于廠礦單位、住宅小區、部隊營區等配電線路更新改造速度相對滯后，導致線路末端電壓遠低于允許范圍，洗衣機、空調等非照明負荷難以正常工作，并對電器設備造成巨大危害。同時，由于新增電氣負載大量采用電動機、壓縮機等旋轉設備和電力電子裝置，對無功功率需求很大，因而導致小區內部線路損耗顯著增大。 　　解決這一問題，目前主要措施是增容，即擴大變壓器和配電線路容量，從而提高供電能力。但是，增容一方面投資大，施工工程量大，周期長，另一方面由于末端無功仍需由低壓側集中補償系統提供，輸電線路利用效率仍然較低。因此，有效減小線路無功電流，不僅增大了有功輸送能力，而且有利于降低變壓器低壓側到末端負荷間的線路損耗，改善末端電壓質量。研究開發線路終端用無功功率補償裝置具有明確的經濟意義和社會效益。 [b]2　基本分析 [/b]　　2．1　低壓終端無功補償 　　現有小區供電設計中，通常采用低壓無功補償柜進行集中補償，即位于低壓配電線路首端，如圖1所示。相對于集中補償，終端無功補償位于低壓配電線路末端的負載處，直接提供負載所需要的無功功率，進而減小低壓配網的無功流量，降低線損和線路電壓降。 　　《供電系統設計規范》（GB50052－95）指出，“容量較大，負荷平穩且經常使用的用電設備無功負荷宜單獨就地補償”。有資料表明，11 kW的異步電動機在一定條件下，進行單機無功補償是經濟合理的。按典型的8層2戶型住宅單元計算，設備容量約為200 kW，計算容量達到40 kW以上，典型功率因數為0．7［3］。因此，單獨設立無功補償裝置不僅滿足設計規范，而且具有較高的投入產出比。 　　2．2　低壓終端無功補償優點 　　與集中補償相比，低壓終端無功補償在運行效果和功能上，與分散補償具有很多相似之處。可歸納為如下幾個方面［4～6］：（1）線路電流可減少10％～15％，線損率可減少20％；（2）減小電壓損失，改善售電電壓質量，進而改善用電設備啟動和運行條件；（3）釋放系統容量，提高線路供電能力。在相同供電能力下，可節約線路投資。另外，還有助于減輕上級開關和接觸器負荷，甚至降低其容量規格 　　2．3　低壓終端無功補償特殊性分析 　　研究發現，與低壓集中補償方式相比，終端無功補償具有明顯的特殊性。首先，線路末端負荷波動幅度大，基荷所占比重較小。在不同季節，工作日和節假日以及一天的不同時段，負荷幅值有很大變化；其次，負荷容量較小，地點分散，補償的經濟功率因數與集中補償不同；第三，終端補償一般沒有預留安裝位置，沒有專人管理，并且通常需要分相控制。終端補償與就地補償和分散補償也存在明顯不同。就地補償和分散補償多應用于大容量單機負荷。補償設備一般隨設備的運行而投入，隨設備的停運而切除，其檢測、分析與控制相對簡單。因此，傳統集中補償、就地補償和分散補償設備難以滿足終端補償需要，開發新型終端補償裝置具有重要意義。 　　基于以上分析，終端無功補償裝置應具有以下特點：（1）控制保護功能齊全完善，智能化程度高，免維護或少維護；（2）體積小，重量輕，適于墻內嵌入暗裝或墻上掛裝；（3）造價低，多功能。該裝置應具有豐富的功能，如可靠度、電壓質量、頻率偏移等電能質量檢測，且性能價格比高。 [b]3　主要研究內容 [/b]　　終端線路無功補償研究內容可分為理論研究、應用研究和系統實現三大部分。其中，理論部分主要確定終端補償的具體位置、最優補償容量、系統可實現性分析等，重點在前兩部分；應用研究則設計提出實施方案、方案優化及安全可靠性分析等內容，重點完成系統結構優化和補償控制方式確定；而系統實現則主要完成線路設計、制作、軟件編程和綜合調試等內容。下面分別論述。 　　3．1　補償位置確定 　　補償位置確定，是進行無功補償的首要環節，是無功優化的重要內容。 　　低壓線路終端補償，在一般小區或部隊營區中，其安裝位置通常只有三個，即：裝設于住宅樓總配電箱進線處（N1～Nn）、樓梯單元配電箱進線處（M1～Mm）或住戶計度箱進線處（K1～Kk），如圖2所示。由于大多數單戶負荷在6kW以下，且無功需求波動大，投入時間短，投切頻繁。因此，終端補償位置，根據線路終端總容量的大小，一般分別選用前兩個補償點。當用戶無功負荷特別突出時，可單獨設補償控制盒。具體位置，可通過投入／產出分析初步確定。 　　3．2　最優補償容量 　　優化選擇最優補償容量是終端線路無功補償的主要研究內容之一。補償前，負荷的功率因數通常都是滯后的，且數值比較低。《全國供用電規則》規定了不同用戶高峰負荷時的最低功率因數，并根據功率因數大小調整電費。節省的另一部分費用為線路損耗降低帶來的直接收益和減輕擴容壓力帶來的間接收益。另一方面，進行無功補償需要增加設備投資、運行費用和額外損耗。所以，確定最優補償容量就是尋求二者之間的平衡點。對不同安裝地點、不同負荷類型，其經濟功率因數有一定差異，并對無功補償容量和最小補償組容構成顯著影響。一般來講，用戶的平均無功功率越大，補償點離電源距離越遠，線路損耗所占費用越高，補償度亦應越大。 　　3．3　系統結構優化 　　末端補償裝置由以下幾部分組成：電量檢測、運算處理及存儲、保護控制、電容器組等，如圖3所示。 　　由于本裝置不僅具有無功補償的功能，而且需要考慮電壓監測、頻率偏移、可靠度計算、數據安全存儲等新增功能，并有完善的自我監控、保護特性。因此，大大增加了電路的復雜性和軟件計算量。優化系統結構，特別是核心部分（圖中虛線部分所示），將有助于降低系統復雜度，協調軟硬件模塊，提高系統自身的安全可靠性。 　　另一方面，高精度的無功電流和電壓檢測是無功補償的關鍵環節。由于分相控制需要，三相電流和電壓均要分別檢測，不僅大大增加了硬件設備投入，還增大了補償裝置的體積和重量，使得該部分在整個補償系統造價中占較大比重。改進檢測環節是系統結構優化的主要內容之一。 　　3．4　補償控制方式 　　目前，常規補償控制主要有交流接觸器控制和可控硅控制2種。按補償裝置類型，有自飽和電抗器（SR）、可控飽和電抗器（CSR）、晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管投切電抗器（TCT）、晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管控制電容器（TCC）等［7，8］。通過等電位投入和電流過零切除等技術手段，可明顯降低對可控硅和電容器組的沖擊。同時，投切控制時還應考慮需要容量和待投入／切除電容器組容量的關系，使得投切過程一步到位，避免反復試投切對電網的沖擊，延長電容器壽命。 　　需要指出的是，當采用TSC補償設備時，由于其輸出不能連續調節，電容器分組對補償效果構成明顯影響。為了延長電容器壽命，各組電容器投切頻度應盡可能降低，且各組投切次數基本相當。為了達到較高補償度，同時避免過補償，分組容量應盡可能地小。二者之間存在一定矛盾。提出合理的分組策略也是一個研究內容。另一方面，分組時還應充分考慮不同負荷曲線類型的影響。 [b]4　結論 [/b]　　終端線路無功補償對降低廠礦、學校、小區及部隊營區內部的線路損耗，提高現有配電系統供電能力具有重要意義。由于終端無功補償的特殊性，需要開發研制專用補償裝置。論文重點就終端無功補償裝置開發中須關注的幾個方面進行了闡述。 [b]5　參考文獻 [/b]　　1　劉波,趙宏偉,馮璞喬．城市電網改造中的若干問題探討．重慶通信學院學報，2000，（1） 　　2　劉波，趙宏偉等．基于神經模糊理論的低壓配電線路終端無功智能補償研究．重慶通信學院學報，2000,（3） 　　3　戴瑜興主編．民用建筑電氣設計手冊．北京：中國建筑工業出版社，1999 　　4　曹光祖．應系統地重視分散和終端無功補償．低壓電器，1999，（5）：27～30 　　5　張洪武等．幾種無功功率測量方法的分析．電測與儀表，1997，34（382）：1～3 　　6　徐柏榆．對無功功率及電容補償的再認識．廣東電力，1995，（3）：43～45 　　7　龔成龍,徐其文.無功補償裝置中無功分量的微機化檢測方法.電工技術,1996,（7）：37～40 　　8　席自強等．晶閘管控制的靜止有源無功補償器的研究.電力電子技術，1998，（1）：43～45