無功功率補償和優化控制技術

劉相軍

摘 要：無功功率從電源端經線路和變壓器向負荷端輸送，要產生電壓損耗， 在無功電源不足的情況下只能在較低的電壓下達到無功功率的平衡。為了使電壓上升，就需要使電源增加無功出力，這樣就增加了供電成本。如何實現電網無功補償電壓優化功能，有著十分重要的意義。

關鍵詞：無功功率；配電網配變監測控制系統；優化控制

隨著電力行業的快速發展，負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升，也使電網中無功功率不平衡，導致無功功率大量存在。無功功率在電網中傳輸時，會產生各種不良影響。保證有功功率的情況下，盡量減小無功功率在網絡中的傳輸，使網絡傳輸較小的總功率。這在實踐中就需要進行無功補償電壓優化控制。

1 常用的無功補償方法

電壓經過變壓器變壓就會造成功率消耗。我們通常采用的無功補償方法有：隨機補償，隨器補償，跟蹤補償。

1、隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機同時投切。可以較好的限制電動機的無功峰荷。

2、隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償電力變壓器空載無功的補償方式。它可以有效地補償配變空載無功，限制電力網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，是目前應用最為廣泛的補償無功的方法。

3、跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。其運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。

2 無功補償的合理配置原則

根據無功補償的合理配置原則，從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償，低壓配電網應以分散補償為主，一般可以將電容器組分散安裝在各車間配電母線上。

3 無功補償電壓優化方法

用最低的成本，足夠的可用性來實現網損最小的優化目標，是無功補償電壓優化的基本原則。方法是根據最新的典型負荷曲線分析，按電壓無功補償優化分析軟件離線計算的無功補償度和變壓器調節參數滿足電網配置的合理要求，采取滿足約束條件（負荷點電壓的給定限額和各種調節變量的極限參數）的控制手段并通過配電系統自動化（DSA）處理，最后以變電站主變分接頭調節和并聯補償電容器投切的自動控制方式來實現。其最終目標是在確保電壓合格率前提下盡量補償無功，使網損降到最小。無功補償電壓優化控制實現的前提是對電壓、無功功率進行分區，確定電壓、無功功率運行區域，了解其運行狀況以便實施控制。

UH和UL由電壓合格范圍確定；QL和QH由每組電容器容量、電容偏差及無功基本平衡和保持投切基本穩定的原則確定。QH表示無功過剩，QL表示無功不足。圖中0區表示電壓、無功均合格，不調節，此區為穩定工作區[3]。

控制方法的采用既要考慮盡快使越限的電壓回到目標區域，又要考慮現場設備管理需求。對應上述圖1 的每個分區按優先級

可設定若干種控制手段。主要控制手段有：

——投、切電容器；

——升、降有載調壓器分接頭位置；

——強投、強切電容器。

我們所創建的無功補償電壓優化控制系統是通過數據采集模塊采集實時數據，經狀態估計后再實現無功補償電壓優化裝置。實施方案的建立是在調度自動化系統的無功補償電壓自動控制功能軟件上。其運行支持是由遠方廠站循環傳送數據實時刷新的實時數據庫和由功能軟件數據表編輯器在線編輯的描述數據庫構成。描述數據庫主要進行監控點定義、廠站狀態定義、時段表高峰（低谷）定義、控制規則表定義等[4]，運程序在獲取實時數據發現越限時將搜索當前監控點并進行電壓無功分區。搜索當前控制規則。形成控制方案并實施，從而完成一次自動控制。

4 無功補償電壓優化控制的實現

為了實現電網無功補償電壓優化功能，我們設計了配電網配變監測控制系統。該系統由現場變壓器遠程監測終端和監控中心軟件兩大部分構成，變壓器參數遠程監測終端安裝在變壓器現場，通過電壓互感器（PT），電流互感器（CT），溫度傳感器等傳感設備對變壓器的電氣參數進行采樣監測；監控中心計算機通過一張普通網卡接上Internet 網絡即可與現場監測終端進行通信。變壓器遠程檢測終端包括3 個部分：變壓器參數采集器；變壓器參數控制器；GPRS 通信模塊。監測器軟件能夠實現對變壓器電氣參數的遠程監控。

參數采集器對的變電站主變壓器現場數據進行實時采集，并進行加密、壓縮處理、整合后，以數據流形式并通過串行方式接到GPRS RTU上，GPRS RTU 與GPRS基站通信，GPRS 基站SGSN 再連接到網關支持節點GGSN，GGSN 對分組數據進行相應的處理，數據經由IP 模塊進行TCP/IP 協議轉換，打成IP 數據包，再由MC35 模塊以GPRS 數據包的形式通過GPRS 網絡把數據發送到中國移動的內部網（CMNET），然后通過GPRS 服務節點（GSN），把數據發送到Internet 上，并且去尋找在Internet上的一個指定IP地址的Internet 中心服務器（公網上的Internet 中心服務器只需要簡單接入Internet，并具備公網分配的IP 地址即可）。中心服務器通過數據接收軟件將數據接收，并轉發到內部網絡的指定數據服務器。數據服務器通過數據處理軟件將數據進行解密、解壓把數據還原成原始數據。系統同時也可以實現數據、指令的反向傳輸，以達到遠程控制的目的。

1、無功補償優化控制的實現。當地區電網內各級變電所電壓處在合格范圍內時，控制本級電網內無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數。同電壓等級不同變電所電容器組根據計算決策誰優先投入。同變電所不同容量電容器組根據計算決策誰優先投入[5]

2、電壓優化調節功能的實現。電壓合格范圍內，實施逆調壓。實現減少主變并聯運行臺數以降低低谷期間母線電壓。實施有載調壓變壓器分接開關調節次數優化分配。實現熱備用有載調壓變壓器分接開關檔位聯調。

3、電壓綜合優化功能的實現。實現預算10 kV母線電壓，防止無功補償設備投切振蕩。實現雙主變經濟運行，支持投入10 kV 電抗器，增加無功負荷，達到降低電壓的目的。

4、控制信息管理功能的實現。相關控制信息參數記錄并顯示，每隔一定時間數據刷新一次，工作人員可以在控制室實現遠程監控。當某個控制點的某一個參數超出預定值，監控中心軟件自動報警，并且以電子地圖的方式顯示出哪個地方出現問題，出現了什么類型的問題。監測軟件功能包括：電子地圖，檔案管理，手/自動調度，查詢統計等。

5 總結

無功補償電壓優化控制系統在提高電網電壓合格率的同時，也有效地降低了網損，達到良好的經濟效益。由于無功補償電壓優化控制系統運行所需的電網實時數據取自調度自動化SCADA/EMS系統，因此有必要加強對EMS 系統的維護[6]及時發現和排除SCADA 系統中存在的遙測、遙信錯誤，確保自動化系統提供合格的電網實時數據。

參考文獻

[1]王曉文.供用電系統.北京：中國電力出版社，2005.

[2]傅知蘭.系統電氣設備選擇與實用計算.中國電力出版社，2004.

[3]李斌.淺談電網無功補償技術.電力電氣控制，2010.

[4]中平.功率因數對供電企業的影響.電力技術，2008.

[5]郭慶來，吳越. 地區電網無功優化實時控制系統的研究與開發[J].電力系統自動化，2002

[6]李亞男，張粒子，楊以涵. 基于內點算法的電壓校正控制[J].電力系統自動化， 2002.