配电网无功控制及提高电压合格率的策略分析

　　陈宋森

　　【摘 要】为了提高配电系统的运行效率，保证电力系统的稳定运行，无功控制是一项重要的工作。无功虽不参与有功变换，却对电网的稳定、调节及输电效率起着至关重要的作用。合理地进行无功补偿，不仅能提高电网功率因数，而且能提高电网电压质量，从而提高电能传输效率，提高电网的供电能力。因此对配电网无功控制问题进行研究，并提出相应的改进措施，对优化配电网资源配置，提高电网经济可靠度，具有十分重要的意义。

　　【关键词】配电网；无功控制；电压合格率

　　引言

　　随着工业化和城市化进程的加快，用电需求不断增加，电力系统的安全稳定和经济运行变得越来越重要。电力系统能否正常运行，直接关系到国民经济的正常运行和人民生活的正常运转，在电力系统中，配电网络是电能输送的最后环节，其运行效率与质量将直接影响到电力用户的用电体验。然而由于配电网结构复杂、负荷多变等特点，配电网常出现无功过大、电压合格率偏低等问题，不仅使线路损耗增大、供电可靠性降低，而且对电网经济、安全运行产生不利影响，所以探究配电网无功控制及提高电压合格率的对策为当前相关行业热议话题。

　　一、优化无功补偿装置的配置

　　（一）静态无功补偿器（SVC）的应用

　　静态无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）的基本原理是采用晶闸管对电网中的电抗器或电容进行调节，实现对电网无功的动态调节，该调节方式可为拉式，也可为推式，能根据电网实际需要快速响应，对无功进行动态补偿。在配电网络中，SVC的配置一般要综合考虑补偿能力、响应速度、控制范围以及控制精度等方面的因素。例如，一种典型的SVC可在–50Mvar~+50 Mvar范围内，响应时间短至毫秒级，能快速响应负荷变化，实时调整电网无功功率，这一特点使SVC对提高电压稳定度、提高电压合格率有明显效果[1]。可以提出一种基于负荷中心位置、负荷变化特点和电网结构特征的无功补偿需求点，对SVC的补偿容量和控制策略进行了设计。例如，配电网络中以感性负荷为主的节点，可能需要配置容量更大的SVC以提供无功支持，为了保证SVC与电网的无缝协作，对其进行了系统级的调试，这一步需要考虑SVC和电网中其它元件的交互作用。SVC投入运行后，对其运行状态及电网电压品质进行了实时监测，并对 SVC的运行参数进行了优化，使之能适应电网动态变化的要求。

　　（二）分布式无功电源的利用

　　分布式无功电源是一种利用逆变器等功率电子器件将分布式电源的直流或交流电转换成具有一定相角的交流电，从而实现无功的动态调节，以光伏发电系统为例，利用与之相连的逆变器对电网电压进行调节；以风力发电为例，一台3 MW级的风力发电机，在风速10米/s时，无功可调范围可达±0.5 MVar；对于光伏发电系统而言，1 MW日照条件下可提供约±0.3 MVar的无功调节能力，分布式无功电源可通过调节无功供给和吸收，有效参与电网电压调节，提高电网电压合格率。为有效利用无功功率，需实时监测电网状态，根据电网实际需求动态调整无功出力，实现最优电压调控，采用先进的预测工具，预测分布式无功电源的可用性，并依据预测结果，合理调度无功功率，保障电网各时段的电压稳定。同时，还可将无功电源与其它电网元件（如柔性交流输电系统设备、可调容抗等）进行协同控制，使电网整体运行状态更好、更稳定。

　　（三）智能电容器的部署

　　智能电容器是一种新型的智能电容器，它具有内置微处理器、实时监测系统等特点，能对电网无功功率进行实时分析，从而对无功功率进行快速响应，及时调节。比如，一款具有5 MVar补偿功能的智能电容，它的反应时间可以缩短到20毫秒，大大超过传统电容几秒到几分钟的时间，特别是当电网负荷急剧变化时，这种快速响应能力可以有效地防止电压波动与闪变，提高电网稳定与电压合格率[2]。通过实时监测电网运行参数（电压、电流、功率因数等），识别电网特定需求，自动调整无功出力，达到优化电网运行状态的目的。例如，在电网负荷较小的情况下，利用智能电容降低无功功率，避免过电压过高；当负荷高时，为提高电压等级，提高电网的稳定性，增加无功出力。在布局方式方面，智能电容布局要充分考虑电网结构及运行特点，其中一种有效的方法就是将集中式与非集中式相结合，在主负荷中心及变电站附近可布设大容量智能电容器，为电网无功负荷提供有力支撑；同时在配电网络关键节点或者负荷分布较为分散的地方，配置小型智能电容器，实现更精细的无功补偿与电压控制，同时针对配网负荷时空变化的特点，智能电容布局应具有灵活、可调的能力，以适应电网运行条件的变化。

　　从技术参数上看，智能电容器容量的选取要根据电网实际无功需求及负荷特点来确定。例如，中型城市配电网络中，主变电所可能需要配置10 MVar到20 MVar容量的智能型电容器，而分布式负载密集地区则可能需要多个1 MVar到5 MVar的智能电容器，另外智能电容在无功调节范围、响应速度、调节精度等方面也要满足电网实际运行要求。

　　二、提升电压控制策略的灵活性

　　（一）动态电压控制

　　在动态电压控制系统中，电压实时监控是必不可少的，该方法通过在配电网络的各个关键节点上安装电压传感器，实现对电压数据的实时采集和传输，例如，针对配电网络复杂的特点，可将电压传感器安装于10 kV配电线路的每一支路节点，使其具有±0.5%的精度。同时可根据实时电压监测数据，提出自适应调节策略，即根据当前电网负荷状况及电压等级，动态调整无功补偿装置的投切及变压器抽头位置，实现电压最优控制[3]。利用静止无功发电机（Static Var Generator，SVG）和SVC等无功补偿设备的快速投切，实时调整配网无功功率，对线路电压损失进行补偿，例如，当电网中某一节点电压低于0.95 pu时，系统会自动增加该节点或相邻节点的无功补偿，从而提高电压等级。可以通过改变变压器抽头位置，改变变压器变比，实现对下游电压的调节，该方法适用于负荷变化较大的场合，通过调节分接开关，可实现较宽的电压调节范围。例如，当监控数据显示主变压器的下游电压持续在0.93 pu以下时，为了提高下游的电压，会自动降低分接头一档。

　　（二）区域电压协调控制

　　为了保证区域电压协调控制的实施效果，必须建立一个综合的电压监控系统，其中包括在各个关键节点上安装电压传感装置，实时监测电压值，并利用高速通信网络实时传输数据到中央控制室。例如，对一个典型的城市配电网络而言，其关键监测点可以是变电站出口，主要配电线路的支路和重要用户的接入点，电压合格率标准应根据国家规定的电压偏差不大于±7%的标准，实现对监测数据的实时分析，以确定电压偏差的发展趋势及位置。区域电压协调机制要求采用先进的计算与控制算法来动态调节电压，其中包括无功优化、线路重构、灵活运用调压设备等。以无功优化问题为例，通过计算得到各个地区需要的无功补偿量，再利用无功补偿装置（如SVG、电容器组、电抗器等）进行调节，实现无功优化，如在某一地区电压偏低时，可加大无功供应，提高电压以达到达标要求。在大规模电力系统中，各地区用电需求及供电状况差异较大，需要实现跨区域电力支持，这就要求电网运营方能根据电网电压监测数据及系统运行状态，及时制定并调整用电调度方案，以保证电网在用电高峰或用电紧张时，能够有效地实现负荷均衡、电压分布优化。

　　（三）高级电压管理系统

　　先进电压管理系统采用先进算法与控制策略，对电网运行状态进行实时监测与分析，动态调整电网运行参数，达到精确控制电压的目的。相对于传统的电压控制方式，该系统能够更加灵活有效地对电网负荷的变化做出反应，有效地提高了电压合格率，保证了电能质量。例如，电压稳定器的工作原理就是利用感应调整回路的输出，对电网电压波动进行自动补偿，使负荷端电压稳定。稳压精度、响应时间、调节范围等是稳压稳定系统的关键技术参数，实际应用中，稳定精度可达±1%~±5%，响应时间从20毫秒到200毫秒，可调范围从±10%到±20%，可满足大部分电网运行要求[4]。在配电网络中引入先进的电压管理系统，特别是电压稳定器，将带来显著的效益。它能够提高电网电压合格率，减少因电压故障导致的电气设备损坏，同时降低电能损耗，提升用电效率。对电网电压进行有效控制，可减少无功损失，进一步提高电网效率。另外先进的电压管理系统可以提高电网对不同负荷变化的适应性，提高电网的稳定可靠性。为使先进电压管理系统能更好地发挥其性能，需对其进行精细配置与优化，例如，对电网关键节点或易发生电压故障的区域，采取不同的控制策略；根据电网的实际运行状况，对稳压器的运行参数进行动态调整，使之与电网负荷实时变化相适应；采用大数据、人工智能等技术，深入分析稳压稳定运行数据，持续优化控制策略与参数设定。

　　三、强化电网基础设施建设

　　（一）提升输电线路能力

　　提高输电线容量的一种直接途径就是增大截面，即采用较大截面的导线，可降低电阻，减少电压损失，增加传输容量。例如，把原来240平方毫米铝导线换成400平方毫米铝导线后，在同样传输距离的情况下，其载流能力可提高60%左右，而电阻则可减少40%左右，有效降低电压损失。利用高温超导等新材料对输电线路进行改造可进一步提高其传输容量，而高温超导材料具有几乎零阻特性，可大幅降低能量损失，提高传输效率，假设用高温超导材料对输电线路进行改造，其传输能力可提高3倍~5倍，损耗降低90%以上，该材料虽价格昂贵，但长期来看，对电网运行具有重要的经济效益和环保效益[5]。一般情况下，随着输电线路电压等级的提高，其输送距离和输送能力也随之增大，例如，把一条110 kV的传输线提升到220 kV，在降低电压损失的情况下，传输能力会翻一番，在实际运行过程中，可能需要更换电杆、绝缘子等设备，并增设安全保护措施，以保证线路的安全性。

　　（二）优化变压器配置

　　变压器容量分配要根据电网实际用电需求确定，防止过大过小，变压器容量过大，造成能源浪费，经济损失；容量小，又无法满足电网负荷要求，影响供电稳定。例如，某配电网络的最大负荷是10 MW，如果按容量备用系数1.25配置变压器，那么理想的变压器容量应该是12.5 MVA，这样不仅可以保证在负荷增大时仍有充足的供电能力，而且可以避免长时间低负荷运行造成的能量浪费。变压器常用的接线形式有星形接线、三角接线、Z形接线等，不同的接线方法适合不同的负载条件。如星形接线适用于中性线容量较大的场合，而三角接线则适用于三相负载均流的场合，通过对配电网络负荷特点的分析，选择合理的接线模式，对提高供电效率，提高供电质量具有重要意义。对于同一条10 MW配电网络，当负载以三相对称负荷为主时，采用三角接线方式可以有效地减少铜损、铁损，提高能源效率。当负载实时改变时，需要对其输出电压进行调整，利用有载调压变压器，通过调整变压器分接位置，动态调节电压，该方法能保证在负载剧烈波动时，用户侧电压始终处于合格范围。例如，对于负荷波动范围为5 MW至15 MW的配电网，配置负载调压变压器后，其调压范围可达 ±5%，能够有效将电压波动控制在±0.5 kV以内，从而显著提高电压合格率。

　　（三）增强电网连接点的质量

　　加强电网各联接点的建设，是保证输电稳定、降低网损的基础，电网联接点，尤其是变压器、配电房和输电线的连接节点，是电力输送的重要环节，这些点位的施工质量对电网的稳定运行及电能的高效输送具有重要意义，如变压器平均负载率应控制在70%~80%，这不仅可以保证变压器高效率的工作，而且避免了因过载而造成的损耗与故障[6]。电网联接点的设计与建设，需要采用高性能材料与先进工艺，例如，采用铜、铝合金等低电阻导体，可有效地降低线路电阻，降低传输时的能量损耗，另外通过配置先进的配电网自动化设备、无功补偿设备等智能化电网管理系统，可以对电网运行状态进行实时监测，并对无功进行动态调整，以提高电网的稳定性和电压合格率。例如，在相同的传输条件下，常规导线的电阻率为0.028 Ω·mm2/m，而采用高性能铝合金导线后，电阻率可降低至0.022 Ω·mm2/m。使用这种导线能够减少约20%的线损，显著提升电能传输效率。

　　结语

　　综上所述，配电网无功控制和提高电压合格率的有效对策，是提高配电系统的电压合格率、保证电网稳定运行以及提升电能质量的关键。通过优化无功补偿装置配置、合理调整变压器分接头、引入分布式电源和储能设备等措施，可以有效改善配电网的电压质量，降低线路损耗，提升供电可靠性。在未来，随着电力系统的持续发展与科技的进步，配电网的无功控制与电压质量管理将向智能化与高效率方向迈进。人工智能、大数据分析和物联网等新兴技术的应用，将为实现配电网的实时监测、精准控制和智能决策提供强有力的技术支持，从而为用户提供更可靠、更优质的电能。此外，随着可再生能源的大规模接入和电力电子设备的广泛应用，配电网的无功控制与电压质量管理将面临新的挑战与机遇。因此，需要进一步加强相关领域的研究，探索适应新型电力系统需求的无功控制策略和电压调节方法。同时，还应注重技术创新与工程实践的结合，推动先进技术在配电网中的实际应用，形成可推广的解决方案。这不仅有助于提升我国配电网的运行效率和安全水平，还能为电力系统的绿色转型和可持续发展奠定坚实基础。总之，加强对配电网无功控制与电压质量改善的研究，对于推动我国电力系统健康发展、实现能源结构优化和“双碳”目标具有重大的现实意义与长远战略价值。

　　参考文献：

　　[1] 向明辉.配电网无功补偿及谐波治理技术研究[J].电气开关,2025,63(01):59-62.

　　[2] 吉兴全,张丽泓,刘琪,王一振,张玉敏,梁晓平.考虑有功—无功协调的柔性互联配电网多阶段分布式电压控制[J].供用电,2025,42(02):1-11.

　　[3] 古永亦,魏煌.基于模型预测控制的有源配电网电压协调控制[J].微型电脑应用,2025,41(01):115-119.

　　[4] 赵洪山,胡浈,魏伟,温开云.考虑相关性的配电网分布式光伏承载能力提升方法[J].电力系统保护与控制,2025,53(01):37-46.

　　[5] 高彬彬,李晓龙,李若宇,吕明阳,宋善君.配电网线损原因及降损措施分析[J].通讯世界,2024,31(12):127-129.

　　[6] 杨巍,沈晓明.配电网电压新能源并入点位置差异控制研究[J].自动化仪表,2024,45(12):29-33.