[b]1　引言 [/b]　　現(xiàn)代電網(wǎng)中，電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)荷占據(jù)相當(dāng)大比重。它們?cè)谙挠泄β实耐瑫r(shí)，也需要吸收大量無(wú)功功率。無(wú)功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，降低了輸配電設(shè)備效率，而且還增大了網(wǎng)損，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。目前，日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家補(bǔ)償度達(dá)到0．5以上，干網(wǎng)功率因數(shù)接近1．0，而我國(guó)僅為0．45。低壓系統(tǒng)補(bǔ)償中，主要采取變電所集中補(bǔ)償方式，對(duì)大型用電設(shè)備則采取分散補(bǔ)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(zhǎng)。住宅設(shè)計(jì)推薦用電容量已達(dá)到40VA／m2以上。然而，由于廠礦單位、住宅小區(qū)、部隊(duì)營(yíng)區(qū)等配電線路更新改造速度相對(duì)滯后，導(dǎo)致線路末端電壓遠(yuǎn)低于允許范圍，洗衣機(jī)、空調(diào)等非照明負(fù)荷難以正常工作，并對(duì)電器設(shè)備造成巨大危害。同時(shí)，由于新增電氣負(fù)載大量采用電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力電子裝置，對(duì)無(wú)功功率需求很大，因而導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)部線路損耗顯著增大。 　　解決這一問(wèn)題，目前主要措施是增容，即擴(kuò)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(zhǎng)，另一方面由于末端無(wú)功仍需由低壓側(cè)集中補(bǔ)償系統(tǒng)提供，輸電線路利用效率仍然較低。因此，有效減小線路無(wú)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(cè)到末端負(fù)荷間的線路損耗，改善末端電壓質(zhì)量。研究開(kāi)發(fā)線路終端用無(wú)功功率補(bǔ)償裝置具有明確的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)效益。 [b]2　基本分析 [/b]　　2．1　低壓終端無(wú)功補(bǔ)償 　　現(xiàn)有小區(qū)供電設(shè)計(jì)中，通常采用低壓無(wú)功補(bǔ)償柜進(jìn)行集中補(bǔ)償，即位于低壓配電線路首端，如圖1所示。相對(duì)于集中補(bǔ)償，終端無(wú)功補(bǔ)償位于低壓配電線路末端的負(fù)載處，直接提供負(fù)載所需要的無(wú)功功率，進(jìn)而減小低壓配網(wǎng)的無(wú)功流量，降低線損和線路電壓降。 　　《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50052－95）指出，“容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備無(wú)功負(fù)荷宜單獨(dú)就地補(bǔ)償”。有資料表明，11 kW的異步電動(dòng)機(jī)在一定條件下，進(jìn)行單機(jī)無(wú)功補(bǔ)償是經(jīng)濟(jì)合理的。按典型的8層2戶型住宅單元計(jì)算，設(shè)備容量約為200 kW，計(jì)算容量達(dá)到40 kW以上，典型功率因數(shù)為0．7［3］。因此，單獨(dú)設(shè)立無(wú)功補(bǔ)償裝置不僅滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，而且具有較高的投入產(chǎn)出比。 　　2．2　低壓終端無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)點(diǎn) 　　與集中補(bǔ)償相比，低壓終端無(wú)功補(bǔ)償在運(yùn)行效果和功能上，與分散補(bǔ)償具有很多相似之處。可歸納為如下幾個(gè)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(zhì)量，進(jìn)而改善用電設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行條件；（3）釋放系統(tǒng)容量，提高線路供電能力。在相同供電能力下，可節(jié)約線路投資。另外，還有助于減輕上級(jí)開(kāi)關(guān)和接觸器負(fù)荷，甚至降低其容量規(guī)格 　　2．3　低壓終端無(wú)功補(bǔ)償特殊性分析 　　研究發(fā)現(xiàn)，與低壓集中補(bǔ)償方式相比，終端無(wú)功補(bǔ)償具有明顯的特殊性。首先，線路末端負(fù)荷波動(dòng)幅度大，基荷所占比重較小。在不同季節(jié)，工作日和節(jié)假日以及一天的不同時(shí)段，負(fù)荷幅值有很大變化；其次，負(fù)荷容量較小，地點(diǎn)分散，補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)功率因數(shù)與集中補(bǔ)償不同；第三，終端補(bǔ)償一般沒(méi)有預(yù)留安裝位置，沒(méi)有專人管理，并且通常需要分相控制。終端補(bǔ)償與就地補(bǔ)償和分散補(bǔ)償也存在明顯不同。就地補(bǔ)償和分散補(bǔ)償多應(yīng)用于大容量單機(jī)負(fù)荷。補(bǔ)償設(shè)備一般隨設(shè)備的運(yùn)行而投入，隨設(shè)備的停運(yùn)而切除，其檢測(cè)、分析與控制相對(duì)簡(jiǎn)單。因此，傳統(tǒng)集中補(bǔ)償、就地補(bǔ)償和分散補(bǔ)償設(shè)備難以滿足終端補(bǔ)償需要，開(kāi)發(fā)新型終端補(bǔ)償裝置具有重要意義。 　　基于以上分析，終端無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）控制保護(hù)功能齊全完善，智能化程度高，免維護(hù)或少維護(hù)；（2）體積小，重量輕，適于墻內(nèi)嵌入暗裝或墻上掛裝；（3）造價(jià)低，多功能。該裝置應(yīng)具有豐富的功能，如可靠度、電壓質(zhì)量、頻率偏移等電能質(zhì)量檢測(cè)，且性能價(jià)格比高。 [b]3　主要研究?jī)?nèi)容 [/b]　　終端線路無(wú)功補(bǔ)償研究?jī)?nèi)容可分為理論研究、應(yīng)用研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三大部分。其中，理論部分主要確定終端補(bǔ)償?shù)木唧w位置、最優(yōu)補(bǔ)償容量、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性分析等，重點(diǎn)在前兩部分；應(yīng)用研究則設(shè)計(jì)提出實(shí)施方案、方案優(yōu)化及安全可靠性分析等內(nèi)容，重點(diǎn)完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和補(bǔ)償控制方式確定；而系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)則主要完成線路設(shè)計(jì)、制作、軟件編程和綜合調(diào)試等內(nèi)容。下面分別論述。 　　3．1　補(bǔ)償位置確定 　　補(bǔ)償位置確定，是進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)氖滓h(huán)節(jié)，是無(wú)功優(yōu)化的重要內(nèi)容。 　　低壓線路終端補(bǔ)償，在一般小區(qū)或部隊(duì)營(yíng)區(qū)中，其安裝位置通常只有三個(gè)，即：裝設(shè)于住宅樓總配電箱進(jìn)線處（N1～Nn）、樓梯單元配電箱進(jìn)線處（M1～Mm）或住戶計(jì)度箱進(jìn)線處（K1～Kk），如圖2所示。由于大多數(shù)單戶負(fù)荷在6kW以下，且無(wú)功需求波動(dòng)大，投入時(shí)間短，投切頻繁。因此，終端補(bǔ)償位置，根據(jù)線路終端總?cè)萘康拇笮?，一般分別選用前兩個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)。當(dāng)用戶無(wú)功負(fù)荷特別突出時(shí)，可單獨(dú)設(shè)補(bǔ)償控制盒。具體位置，可通過(guò)投入／產(chǎn)出分析初步確定。 　　3．2　最優(yōu)補(bǔ)償容量 　　優(yōu)化選擇最優(yōu)補(bǔ)償容量是終端線路無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕芯績(jī)?nèi)容之一。補(bǔ)償前，負(fù)荷的功率因數(shù)通常都是滯后的，且數(shù)值比較低?！度珖?guó)供用電規(guī)則》規(guī)定了不同用戶高峰負(fù)荷時(shí)的最低功率因數(shù)，并根據(jù)功率因數(shù)大小調(diào)整電費(fèi)。節(jié)省的另一部分費(fèi)用為線路損耗降低帶來(lái)的直接收益和減輕擴(kuò)容壓力帶來(lái)的間接收益。另一方面，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償需要增加設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用和額外損耗。所以，確定最優(yōu)補(bǔ)償容量就是尋求二者之間的平衡點(diǎn)。對(duì)不同安裝地點(diǎn)、不同負(fù)荷類型，其經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)有一定差異，并對(duì)無(wú)功補(bǔ)償容量和最小補(bǔ)償組容構(gòu)成顯著影響。一般來(lái)講，用戶的平均無(wú)功功率越大，補(bǔ)償點(diǎn)離電源距離越遠(yuǎn)，線路損耗所占費(fèi)用越高，補(bǔ)償度亦應(yīng)越大。 　　3．3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 　　末端補(bǔ)償裝置由以下幾部分組成：電量檢測(cè)、運(yùn)算處理及存儲(chǔ)、保護(hù)控制、電容器組等，如圖3所示。 　　由于本裝置不僅具有無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ埽倚枰紤]電壓監(jiān)測(cè)、頻率偏移、可靠度計(jì)算、數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)等新增功能，并有完善的自我監(jiān)控、保護(hù)特性。因此，大大增加了電路的復(fù)雜性和軟件計(jì)算量。優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特別是核心部分（圖中虛線部分所示），將有助于降低系統(tǒng)復(fù)雜度，協(xié)調(diào)軟硬件模塊，提高系統(tǒng)自身的安全可靠性。 　　另一方面，高精度的無(wú)功電流和電壓檢測(cè)是無(wú)功補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于分相控制需要，三相電流和電壓均要分別檢測(cè)，不僅大大增加了硬件設(shè)備投入，還增大了補(bǔ)償裝置的體積和重量，使得該部分在整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)造價(jià)中占較大比重。改進(jìn)檢測(cè)環(huán)節(jié)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要內(nèi)容之一。 　　3．4　補(bǔ)償控制方式 　　目前，常規(guī)補(bǔ)償控制主要有交流接觸器控制和可控硅控制2種。按補(bǔ)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(guò)等電位投入和電流過(guò)零切除等技術(shù)手段，可明顯降低對(duì)可控硅和電容器組的沖擊。同時(shí)，投切控制時(shí)還應(yīng)考慮需要容量和待投入／切除電容器組容量的關(guān)系，使得投切過(guò)程一步到位，避免反復(fù)試投切對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)電容器壽命。 　　需要指出的是，當(dāng)采用TSC補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，由于其輸出不能連續(xù)調(diào)節(jié)，電容器分組對(duì)補(bǔ)償效果構(gòu)成明顯影響。為了延長(zhǎng)電容器壽命，各組電容器投切頻度應(yīng)盡可能降低，且各組投切次數(shù)基本相當(dāng)。為了達(dá)到較高補(bǔ)償度，同時(shí)避免過(guò)補(bǔ)償，分組容量應(yīng)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(gè)研究?jī)?nèi)容。另一方面，分組時(shí)還應(yīng)充分考慮不同負(fù)荷曲線類型的影響。 [b]4　結(jié)論 [/b]　　終端線路無(wú)功補(bǔ)償對(duì)降低廠礦、學(xué)校、小區(qū)及部隊(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)部的線路損耗，提高現(xiàn)有配電系統(tǒng)供電能力具有重要意義。由于終端無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶厥庑?，需要開(kāi)發(fā)研制專用補(bǔ)償裝置。論文重點(diǎn)就終端無(wú)功補(bǔ)償裝置開(kāi)發(fā)中須關(guān)注的幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述。 [b]5　參考文獻(xiàn) [/b]　　1　劉波,趙宏偉,馮璞喬．城市電網(wǎng)改造中的若干問(wèn)題探討．重慶通信學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，（1） 　　2　劉波，趙宏偉等．基于神經(jīng)模糊理論的低壓配電線路終端無(wú)功智能補(bǔ)償研究．重慶通信學(xué)院學(xué)報(bào)，2000,（3） 　　3　戴瑜興主編．民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999 　　4　曹光祖．應(yīng)系統(tǒng)地重視分散和終端無(wú)功補(bǔ)償．低壓電器，1999，（5）：27～30 　　5　張洪武等．幾種無(wú)功功率測(cè)量方法的分析．電測(cè)與儀表，1997，34（382）：1～3 　　6　徐柏榆．對(duì)無(wú)功功率及電容補(bǔ)償?shù)脑僬J(rèn)識(shí)．廣東電力，1995，（3）：43～45 　　7　龔成龍,徐其文.無(wú)功補(bǔ)償裝置中無(wú)功分量的微機(jī)化檢測(cè)方法.電工技術(shù),1996,（7）：37～40 　　8　席自強(qiáng)等．晶閘管控制的靜止有源無(wú)功補(bǔ)償器的研究.電力電子技術(shù)，1998，（1）：43～45