智能低壓無功補償技術在配電系統中的應用

劉秀華

中電裝備許繼集團有限公司，河南 許昌 461000

隨著電力電子技術、智能控制技術和信息通信技術的不斷發展，帶動了許多電力新技術、新設備的不斷出現，近年來隨著城鄉電網改造的進行，智能無功補償技術在各地低壓配電網的公用配變中被廣泛應用，它集低壓無功補償、綜合配電監測、配電站區的線損計量、電壓合格率的考核、諧波監測等多種功能于一身；同時還充分考慮了與配電自動化系統的結合。

1 傳統的低壓無功補償設備的特點及缺點

設置無功補償電容器是補償無功功率的傳統方法，目前在國內外均得到廣泛的應用。設置并聯電容器補償無功功率具有結構簡單、經濟方便等優點，但傳統的無功補償裝置，其阻抗是固定的，不能跟蹤負載無功需求的變化，也就不能實現對無功功率的動態補償。而隨著電力系統的發展，對無功功率進行快速動態補償的需求越來越大，所以就產生傳統的動態無功補償同步調相機，但損耗和噪音都較大，進行維護復雜，相應速度慢，在很多情況下已無法適應快速的無功補償控制要求。

2 靜止無功補償裝置的特點

電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用，將使用晶閘管的靜止無功補償裝置推上了電力系統無功功率控制的舞臺，它可以對電力系統中無功功率進行快速的動態補償，可以實現以下功能：對動態無功負載的功率因數校正，改善電壓調整率，提高電力系統的靜態及動態穩定性，阻尼功率震蕩，降低出現過電壓，減少電壓閃爍，減少電壓及電流的不平衡，以上這些功能雖然是相互關聯的，但實際上的靜態無功補償裝置只能以其中一項或幾項為直接控制目標，其控制策略也因此不同，在不同的應用場合，對無功補償的容量的要求也不一樣，所以使用及維護比較復雜，沒有統一性。

自從20世紀80年代提出三相電路瞬時無功功率理論，該理論在許多方面得到了成功的應用。該理論突破了傳統的以平均只為基礎的功率定義，系統地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量。隨著計算機和微電子技術的發展，采用傅里葉分析的方法來檢測諧波和無功電流。這種方法根據采集到的一個電源周期的電流值進行計算，最終得到所需的諧波和無功電流，有源電力濾波器有源濾波器是解決電力系統諧波問題的新型方案，是諧波治理領域的最新成果。通過測量電路獲得接入點電壓、負荷電流、設備輸出電流、補償后的系統電流、電容器電壓等信號，利用測量所得信號檢測出負荷電流的各次諧波分量和不平衡分量，考慮到控制必然存在誤差，為了提高補償的效果，再檢測出補償后系統電流的各次諧波分量和不平衡量，與負荷的各次諧波分量和不平衡量疊加，這就是設備的輸出電流參考信號，進而控制系統的數字信號處理器根據電流參考信號計算出對逆變器的PWM控制脈沖，并通過控制電路驅動逆變橋的電子開關器件，從而輸出相應的各次諧波分量和不平衡分量，實現補償功能。有源電力濾波器具有響應速度快，具備連續補償和動態跟蹤補償能力，諧波濾除率高，還能有效抑制電網本身的諧振，還可以兼顧無功補償和三相平衡，改善供電質量，提高功率因數，節約能源，降低損耗減輕供電設備負荷，從而取得明顯的經濟效益。

3 采用智能型無功控制策略

采集三相電壓、電流信號，跟蹤系統中無功的變化，以無功功率為控制物理量，以用戶設定的功率因數為投切參考限量，依據模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對星—角結合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動及時地投切電容補償，補償無功功率容量。根據配電系統三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據“取平補齊”的原則投入電網，實現電容器投切的智能控制，使補償精度高。

1）科學的電壓限制條件：可設定的過、欠壓保護值，可設置禁投（低谷高電壓）、禁切（高峰低電壓）電壓值，具缺相保護功能，以無功功率為投切門限值；

2）可設置投切延時：延時時間可調（既可支持快速跟蹤無功補償，也可支持穩態補償），同組電容投切動作時間間隔可設置，對快速跟蹤補償可設置為零。

4 集成綜合配電監測功能

綜合配電監測功能集配電變壓器電氣參數測量、記憶、通信于一體，是一套比較完整的配電運行參數測量機構，是低壓配電電網中考核單元線損的理想手段。它能隨時為電網管理人員提供所需要的各類數據，是為電網的安全運行和經濟運行提供可靠的管理依據，是配電電網自動化系統的基本組成。

5 集成電壓監測功能

根據電壓檢測儀標準進行采樣與數據統計處理，便于用戶考核電壓合格率，可用于電壓監測考核。

6 集成在線諧波監測功能

較好一點的監測終端采用DSP作為CPU，應用FFT快速傅立葉算法，可精確計算測量出電壓、電流、功率因數、有功及無功電量等配電參數，還可以分析1～3次諧波，從而實現在線的諧波監測功能，該數據可根據用戶要求在后臺軟件上進行分析處理。

7 通信

某些功能較先進的監控終端充分地考慮了設備的可持續性使用，采用標準的RS232、RS485接口，可根據用戶要求特殊配置Modem、現場總線（Profibus）等，與配網自動化系統有機結合。3無功補償新技術在新興行業的應用新能源汽車在能源使用成本、環境保護效益方面比傳統汽車有許多優點，新能源汽車行業有廣闊的前景，該行業也跨入產業化階段，并將成為中國汽車產業“十二五”規劃中的重中之重。作為國家節能減排的重要組成部分，新能源汽車更是被列為加快培育和發展的七大戰略性新興產業之一，將繼續在資金和政策層面給予重點支持。國家在基礎建設方面，給新能源電動汽車建立了相應的充電站。充電站中配備的大功率充電機為整流型非線性負載，在其給汽車充電的同時也給配電系統造成了嚴重的諧波污染，對充電機進行諧波治理，使新能源汽車從充電到行駛，都使用清潔能源，有源電力濾波器對充電機產生的諧波進行就地補償，有效地濾除充電站中充電機所產生的諧波，使諧波對變壓器及其它負載的影響降到最低，減少諧波對電氣設備的破壞，減少電氣測量儀表計量的不準確等，使電能質量得到提高，總體提升設備的運行效率和電力能源使用效率，還可以達到節能降耗的目的，優化線路的電力品質，減少諧波危害，保護設備運行，節約用電。

8 配電網無功補償的降損節能效應

配電網無功補償對配電網經濟運行起著很重要的作用，其降損節能主要表現以下幾個方面：一是提高供電設備的效率，降低功率損耗和電能損耗；二是提高供電電壓質量，減少電能使用浪費，指導電能消耗合理分配，幫助用戶進行節能規劃并實現持續節能。

9 結論

按照上述方案實施無功補償和電壓調節，使無功功率得到了自動實時補償，通過智能變配電系統的監控畫面，數據庫返回的各種信息，及時了解用電系統的運行狀態，通過無功補償控制器監視用電系統電能質量幫助用戶有效的管理負荷，減少非正常耗電，可以有效的獲得故障的位置、原因及故障電流等多種參數，幫助用戶快速排除故障，減少停電損失。電能質量涉及國民經濟各行各業和人民生活用電，優質電力可以提高用電設備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產損失，電能質量關系到電力可持續發展，也關系到國民經濟總體效益，是實現節約型社會的必要條件之一。

[1]王兆安，楊君，等.諧波抑制和無功功率補償[M].2版.北京：機械工業出版社，2005，10.

[2]陳允平.工業PC機控制的晶閘管開關型基波無功分相補償[J].電源世界，2001(6)：15-18.

[3]宋云輝.湖南農機，2008(7).

[4]陳章潮.城市電網規劃與改造[M].北京：中國電力出版社，1998.