现代电网中，电动机等感性负荷占据相当大比重。它们在消耗有功功率的同时，也需要吸收大量无功功率。无功功率的出现不仅导致发电机出力下降，降低了输配电设备效率，而且还增大了网损，严重影响供电质量。目前，日本、美国等发达国家补偿度达到0．5以上，干网功率因数接近1．0，而我国仅为0．45。低压系统补偿中，主要采取变电所集中补偿方式，对大型用电设备则采取分散补偿。
随着人民生活水平提高，低压用户，特别是住宅用户的用电量大幅增长。住宅设计推荐用电容量已达到40VA／m2以上。然而，由于厂矿单位、住宅小区、部队营区等配电线路更新改造速度相对滞后，导致线路末端电压远低于允许范围，洗衣机、空调等非照明负荷难以正常工作，并对电器设备造成巨大危害。同时，由于新增电气负载大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，对无功功率需求很大，因而导致小区内部线路损耗显著增大。
解决这一问题，目前主要措施是增容，即扩大变压器和配电线路容量，从而提高供电能力。但是，增容一方面投资大，施工工程量大，周期长，另一方面由于末端无功仍需由低压侧集中补偿系统提供，输电线路利用效率仍然较低。因此，有效减小线路无功电流，不仅增大了有功输送能力，而且有利于降低变压器低压侧到末端负荷间的线路损耗，改善末端电压质量。研究开发线路终端用无功功率补偿装置具有明确的经济意义和社会效益。
2 基本分析
2．1 低压终端无功补偿
现有小区供电设计中，通常采用低压无功补偿柜进行集中补偿，即位于低压配电线路首端，如图1所示。相对于集中补偿，终端无功补偿位于低压配电线路末端的负载处，直接提供负载所需要的无功功率，进而减小低压配网的无功流量，降低线损和线路电压降。
《供电系统设计规范》（GB50052－95）指出，“容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备无功负荷宜单独就地补偿”。有资料表明，11 kW的异步电动机在一定条件下，进行单机无功补偿是经济合理的。按典型的8层2户型住宅单元计算，设备容量约为200 kW，计算容量达到40 kW以上，典型功率因数为0．7［3］。因此，单独设立无功补偿装置不仅满足设计规范，而且具有较高的投入产出比。
2．2 低压终端无功补偿优点
与集中补偿相比，低压终端无功补偿在运行效果和功能上，与分散补偿具有很多相似之处。可归纳为如下几个方面［4～6］：（1）线路电流可减少10％～15％，线损率可减少20％；（2）减小电压损失，改善售电电压质量，进而改善用电设备启动和运行条件；（3）释放系统容量，提高线路供电能力。在相同供电能力下，可节约线路投资。另外，还有助于减轻上级开关和接触器负荷，甚至降低其容量规格
2．3 低压终端无功补偿特殊性分析
研究发现，与低压集中补偿方式相比，终端无功补偿具有明显的特殊性。首先，线路末端负荷波动幅度大，基荷所占比重较小。在不同季节，工作日和节假日以及一天的不同时段，负荷幅值有很大变化；其次，负荷容量较小，地点分散，补偿的经济功率因数与集中补偿不同；第三，终端补偿一般没有预留安装位置，没有专人管理，并且通常需要分相控制。终端补偿与就地补偿和分散补偿也存在明显不同。就地补偿和分散补偿多应用于大容量单机负荷。补偿设备一般随设备的运行而投入，随设备的停运而切除，其检测、分析与控制相对简单。因此，传统集中补偿、就地补偿和分散补偿设备难以满足终端补偿需要，开发新型终端补偿装置具有重要意义。
基于以上分析，终端无功补偿装置应具有以下特点：（1）控制保护功能齐全完善，智能化程度高，免维护或少维护；（2）体积小，重量轻，适于墙内嵌入暗装或墙上挂装；（3）造价低，多功能。该装置应具有丰富的功能，如可靠度、电压质量、频率偏移等电能质量检测，且性能价格比高。
3 主要研究内容
终端线路无功补偿研究内容可分为理论研究、应用研究和系统实现三大部分。其中，理论部分主要确定终端补偿的具体位置、最优补偿容量、系统可实现性分析等，重点在前两部分；应用研究则设计提出实施方案、方案优化及安全可靠性分析等内容，重点完成系统结构优化和补偿控制方式确定；而系统实现则主要完成线路设计、制作、软件编程和综合调试等内容。下面分别论述。
3．1 补偿位置确定
补偿位置确定，是进行无功补偿的首要环节，是无功优化的重要内容。
低压线路终端补偿，在一般小区或部队营区中，其安装位置通常只有三个，即：装设于住宅楼总配电箱进线处（N1～Nn）、楼梯单元配电箱进线处（M1～Mm）或住户计度箱进线处（K1～Kk），如图2所示。由于大多数单户负荷在6kW以下，且无功需求波动大，投入时间短，投切频繁。因此，终端补偿位置，根据线路终端总容量的大小，一般分别选用前两个补偿点。当用户无功负荷特别突出时，可单独设补偿控制盒。具体位置，可通过投入／产出分析初步确定。
3．2 最优补偿容量
优化选择最优补偿容量是终端线路无功补偿的主要研究内容之一。补偿前，负荷的功率因数通常都是滞后的，且数值比较低。《全国供用电规则》规定了不同用户高峰负荷时的最低功率因数，并根据功率因数大小调整电费。节省的另一部分费用为线路损耗降低带来的直接收益和减轻扩容压力带来的间接收益。另一方面，进行无功补偿需要增加设备投资、运行费用和额外损耗。所以，确定最优补偿容量就是寻求二者之间的平衡点。对不同安装地点、不同负荷类型，其经济功率因数有一定差异，并对无功补偿容量和最小补偿组容构成显著影响。一般来讲，用户的平均无功功率越大，补偿点离电源距离越远，线路损耗所占费用越高，补偿度亦应越大。
3．3 系统结构优化
末端补偿装置由以下几部分组成：电量检测、运算处理及存储、保护控制、电容器组等，如图3所示。
由于本装置不仅具有无功补偿的功能，而且需要考虑电压监测、频率偏移、可靠度计算、数据安全存储等新增功能，并有完善的自我监控、保护特性。因此，大大增加了电路的复杂性和软件计算量。优化系统结构，特别是核心部分（图中虚线部分所示），将有助于降低系统复杂度，协调软硬件模块，提高系统自身的安全可靠性。
另一方面，高精度的无功电流和电压检测是无功补偿的关键环节。由于分相控制需要，三相电流和电压均要分别检测，不仅大大增加了硬件设备投入，还增大了补偿装置的体积和重量，使得该部分在整个补偿系统造价中占较大比重。改进检测环节是系统结构优化的主要内容之一。
3．4 补偿控制方式
目前，常规补偿控制主要有交流接触器控制和可控硅控制2种。按补偿装置类型，有自饱和电抗器（SR）、可控饱和电抗器（CSR）、晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（TCT）、晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管控制电容器（TCC）等［7，8］。通过等电位投入和电流过零切除等技术手段，可明显降低对可控硅和电容器组的冲击。同时，投切控制时还应考虑需要容量和待投入／切除电容器组容量的关系，使得投切过程一步到位，避免反复试投切对电网的冲击，延长电容器寿命。
需要指出的是，当采用TSC补偿设备时，由于其输出不能连续调节，电容器分组对补偿效果构成明显影响。为了延长电容器寿命，各组电容器投切频度应尽可能降低，且各组投切次数基本相当。为了达到较高补偿度，同时避免过补偿，分组容量应尽可能地小。二者之间存在一定矛盾。提出合理的分组策略也是一个研究内容。另一方面，分组时还应充分考虑不同负荷曲线类型的影响。
4 结论
终端线路无功补偿对降低厂矿、学校、小区及部队营区内部的线路损耗，提高现有配电系统供电能力具有重要意义。由于终端无功补偿的特殊性，需要开发研制专用补偿装置。论文重点就终端无功补偿装置开发中须关注的几个方面进行了阐述。
5 参考文献
1 刘波,赵宏伟,冯璞乔．城市电网改造中的若干问题探讨．重庆通信学院学报，2000，（1）
2 刘波，赵宏伟等．基于神经模糊理论的低压配电线路终端无功智能补偿研究．重庆通信学院学报，2000,（3）
3 戴瑜兴主编．民用建筑电气设计手册．北京：中国建筑工业出版社，1999
4 曹光祖．应系统地重视分散和终端无功补偿．低压电器，1999，（5）：27～30
5 张洪武等．几种无功功率测量方法的分析．电测与仪表，1997，34（382）：1～3
6 徐柏榆．对无功功率及电容补偿的再认识．广东电力，1995，（3）：43～45
7 龚成龙,徐其文.无功补偿装置中无功分量的微机化检测方法.电工技术,1996,（7）：37～40
8 席自强等．晶闸管控制的静止有源无功补偿器的研究.电力电子技术，1998，（1）：43～45
