1　配電系統無功補償方案及其比較
1．1　變電站集中補償方式
1．1．1　變電站集中補償方式的形式和優缺點
　　要平衡輸電網的無功功率，可在變電站進行集中補償，見圖1中的方式1。在這種方式下，補償裝置包括并聯電容器、同步調相機、靜止補償器等，主要目的是改善輸電網的功率因數，提高終端償裝置一般連接在變電站的10 kV母線上，優點是管理容易、維護方便，缺點是對配電網的降損起不到什么作用。
1．1．2　變電站集中補償方式的技術應用
　　為了調整變電站的電壓，通常利用無功補償裝置（一般是并聯電容器組）結合有載調壓抽頭來調節。通過兩者的協調來進行電壓和無功功率的控制，且這一方面的技術在國內已經積累了豐富的經驗，九區圖便是一種變電站電壓和無功功率控制的有效方法，然而操作上還是較為麻煩的，因為限值需要隨不同的運行方式進行相應的調整，在某些區上會產生振蕩現象，而且實際操作中，抽頭調節和電容器組投切次數是有限的，但九區圖沒有相應的判斷。現行九區圖的調節效果也不是數學上證明的最好效果，因此九區圖的應用還有待進一步改善。文獻［1］利用模糊數學的概念建立了數學模型，得出了模糊邊界的無功功率調節判據，它的特點是將九區圖中固定的無功功率上下限邊界改變成受電壓影響的模糊邊界，其邊界的斜率可根據具體的投切邊界條件進行調整，依據這種思路，設計出一種新型的變電站電壓無功功率微機綜合控制裝置，它可以在保證電壓合格和無功功率最佳補償效果的情況下，有載變壓器分接頭的調節次數比同類裝置或人工調節約減少1／3，提高了變電站電壓合格率，線損降低約20％。
1．2　低壓集中補償方式
　　目前，國內較普遍采用的另外一種無功補償方式，是在配電變壓器380 V側進行集中補償，見圖1中的方式2。在這種方式下，補償裝置通常采用微機控制的低壓并聯電容器柜，容量在幾十至幾百千乏不等，它是根據用戶負荷水平的波動，投入相應數量的電容器進行跟蹤補償。主要目的是提高專用變壓器用戶的功率因數，實現無功功率的就地平衡，對配電網和配電變壓器的降損有一定作用，也保證該用戶的電壓水平。這種補償方式的投資及維護均由專用變壓器用戶承擔。目前國內各廠家生產的自動補償裝置通常是根據功率因數來進行電容器的自動投切，也有為了保證用戶電壓水平而以電壓為判據進行控制。這種補償方式雖然利于保證用戶的電能質量，但對電力系統并不可取。因為線路電壓的波動主要由無功量變化引起，而線路的電壓水平由系統情況決定。當線路電壓基準偏高或偏低時，無功功率的投切量可能與實際需求相差甚遠，可能出現無功功率補償過多或補償不足的情況。
　　對配電系統來說，除了專用變壓器之外，還有許多公用變壓器，而面向廣大家庭用戶及其他小型用戶的公用變壓器，其通常安裝在戶外的桿架上，進行低壓無功功率集中補償則是不現實的，難維護、控制和管理，容易成為生產安全隱患。這樣，配電網的補償度就受到了限制。
1．3　桿上無功補償方式
　　文獻［2，3］提出了在配電系統桿上進行無功補償的必要性和方法。由于配電網中大量存在的公用變壓器沒有進行低壓補償，補償度受到限制。由此造成很大的無功功率缺口需要由變電站或發電廠來填，大量的無功功率沿線傳輸，配電網網損居高難下。因此可以把10 kV戶外并聯電容器安裝在架空線路的桿塔上（或另行架桿）的方法來進行無功補償（見圖1中的方式3），以提高配電網功率因數，達到降損升壓的目的。由于桿上安裝的并聯電容器遠離變電站，容易出現保護不易配置，控制成本高，維護工作量大，受安裝環境和空間等客觀條件限制等工程問題。因此，桿上無功功率優化補償必須結合以下實際工程要求來進行：
　　a）補償點宜少。一條配電線路上宜采用單點補償，不宜采用多點補償。
b）控制方式從簡。桿上補償不設分組投切。
　　c）補償容量不宜過大。補償容量太大，將會導致配電線路在輕載時過電壓和過補償現象。桿上空間有限，太多的電容器同桿架設，既不安全，也不利于電容器散熱。建議按重載補償后電源節點功率因數不超過0．95和輕載時功率因數達到1左右即可的方法去處理。
　　d）接線宜簡單。最好是每相只配置一臺電容器裝置，以降低整套補償設備的故障率。
　　e）保護方式也要簡化。分別用熔絲和氧化鋅避雷器分別作為過流保護和過電壓保護。
f）防止電容器安裝后產生諧振現象。
　　顯然，桿上無功補償主要是針對10 k V饋線上沿線的公用變壓器所需無功功率進行補償，文獻［3］提出了這種補償方式的最優地點和容量的算法。因這種補償方式具有投資小、回收快、補償效率較高、便于管理和維護等優點，適合于功率因數較低且負荷較重的長距離配電線路，但是因負荷經常波動，而該補償方式又是長期固定補償，適應能力較差，主要是補償了無功基荷，在線路重載情況下，補償度一般是不能達到0．95。
1．4　用戶終端分散補償方式
　　目前，在我國城鎮，低壓用戶的用電量大幅增長，企業、廠礦和小區等對無功功率需求都很大，直接對用戶末端進行無功補償，見圖1中的方式4，將最恰當地降低電網的損耗和維持網絡的電壓水平。GB50052—1995《供電系統設計規范》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。這樣，對于企業和廠礦中的電動機，應該進行就地無功補償，即隨機補償；針對小區用戶終端，由于用戶負荷小，波動大，地點分散，無人管理，應該開發一種新型低壓終端無功補償裝置，并能滿足智能型控制、免維護、體積小、易安裝、功能完善、造價較低等的要求。
　　與上述3種補償方式相比，用戶終端分散補償方式更能體現以下優點［4］：
a）線損率可減少20％；
　　b）減小電壓損失，改善電壓質量，進而改善用電設備啟動和運行條件；
c）釋放系統能量，提高線路供電能力。
　　缺點是低壓無功補償通常按配電變壓器低壓側最大無功功率需求來確定安裝容量，而各配電變壓器低壓負荷波動的不同時性造成大量電容器在較輕載時閑置，設備利用率不高。
1．5　4種補償方式的綜合比較
　　通過以上分析可知，4種無功補償方式各有各的優缺點，其綜合比較見表1所示。

2　配網無功補償遇到的問題
　　隨著人們對配電網建設的重視及無功補償技術的發展，低壓側無功補償技術在配電系統中也開始普及。從靜態補償到動態補償，從有觸點補償到無觸點補償，都取得了豐富的經驗，但是在實踐應用中也暴露出一些問題，必須引起重視。
2．1　優化的問題
　　目前，很多單位選擇無功補償的出發點還放在用戶側，只注意補償用戶的功率因數，而不是立足于降低電力網的損耗。例如，為提高某電力負荷的功率因數，增設1臺補償箱。這對降損有一定好處，但若要實現有效的降損，必須通過計算無功功率潮流，確定各點的最優補償量和補償方式，才能使有限的資金發揮最大的效益。這是從電力系統角度考慮問題的方法。
 
　　無功功率優化配置的目標是在保證配網電壓水平的同時，盡可能降低網損。由于它要對補償后的運行費用以及相應的安裝成本同時達到最小化，計算過程相當復雜。為此，以前的文獻中通常采取了許多不切實際的假設，比如固定負荷水平，統一線徑，把樹狀配電網簡化成梳狀網，這樣的結果并不理想。
2．2　量測的問題
　　目前10 kV配電網線路上的負荷點一般無表計，維護人員的技術水平和管理水平又參差不齊，表計記錄的準確性和同時性無法保證。這對配電網的潮流計算和無功優化計算帶來很大困難。要爭取帶專用變壓器房用戶的支持，使他們能按一定要求進行記錄。380 V終端用戶處通常只裝有有功電能表，要實現功率因數的測量是不可能的，這也是低壓無功補償難于廣泛開展的原因所在。
2．3　諧波的問題
　　電容器本身具備一定的抗諧波能力，但同時也有放大諧波的副作用。諧波含量過大時，會對電容器的壽命產生影響，甚至造成電容器的過早損壞，由于電容器對諧波的放大作用，將使系統的諧波干擾更嚴重；另外，動態無功補償柜的控制環節容易受諧波干擾影響，造成控制失靈，因而做無功補償時必須考慮諧波治理，在有較大諧波干擾，又需要補償無功功率的地點，應考慮增加濾波裝置。
2．4　無功功率倒送的問題
　　無功功率倒送是電力系統所不允許的現象，因為它會增加線路和變壓器的損耗，加重線路的負擔。雖然生產廠家都強調自己的設備不會造成無功功率的倒送，但是實際情況并非如此。因為對于接觸器控制的補償柜，補償量是三相同調的；對于晶閘管控制的補償柜，雖然三相補償量可以分調，但是很多生產廠家為了節約成本，往往只選擇一相做采樣及無功功率分析。于是在三相負荷不平衡的時候，就有可能造成無功功率倒送。至于采用固定電容器補償方式的用戶，則可能在負荷低谷時造成無功功率倒送，這應引起充分考慮。
　　綜上所述，10 kV配電網的無功補償工作應更多地考慮系統的特點，不應因電壓等級低、補償容量小而忽視補償設備對系統側的影響（包括網損）。如果需降損的線路能基于一個完善的補償方案進行改造，則電力系統的收益將比分散的純用戶行為的補償方式要大得多。

3　結束語
對配電網進行無功補償，提高功率因數和搞好無功功率平衡，是一項建設性的降損技術措施。文章分析了4種配網無功補償方式的應用，但筆者認為應更多地按系統的特點來進行無功補償。目前，配電網的無功補償容量一般是根據供電部門要求達到的功率因數來確定的，而不是依據用戶用電時實際的節能效益、最佳電能質量、最小支付電費的經濟功率因數來確定。如何確定無功補償設備的合理配置和分布，需尋找技術上和經濟上的最優方案。