配電網智能無功補償裝置的設計

張軍++張健++楊鳳文++韓蓬++王坤++陳寧

摘 要

隨著智能化電網的建設，加速了無功功率的需求量，但是，無功功率在電網中的傳輸，會造成電能的損耗，降低電能的使用率并影響用戶端的用電質量，因此，有必要在電網中增加無功補償裝置來實現無功功率的有效傳輸。本文分析了無功補償的原理和目的，針對當前低壓無功補償的現狀，給出了智能無功補償裝置的設計方法，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關鍵詞】配電網 無功補償 裝置 設計

本文對現有智能無功補償裝置的不足，結合配電網的特點，設計包含兩組電容器的動態無功補償裝置，采用計算機技術實現自動控制，能夠有效彌補傳統無功補償裝置的不足，同時兩組電容器共用一套保護裝置，采用GPRS進行實時無線通信，將所采集的數據信號傳輸給上位機，有效地解決了長距離新路傳輸不穩定的問題。

1 無功補償理論及技術評價

無功功率（reactive power）主要是指電場中，用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率，凡是有導線的電氣設備，要建立磁場都需要消耗無功功率。通常情況下，用電設備需要從電源側獲取無功功率。一旦電網中的無功功率需求量增加，用電設備就無法獲取足夠的無功功率來建立電磁場，從而影響用電設備的正常運行，而且還會加大電力線路的電壓損失。由此可見，無功功率對供電系統中有著非常重要的作用，需要我們借助無功補償技術可以有效的降低供電變壓器及輸送線路的損耗，有助于提升電能的使用效率。在無功補償技術方面主要采用的是同步調相機和并聯電容器，同步調相機屬于旋轉設備，在動態補償過程中會產生較大的損耗好噪聲，技術方面比較落后，而并聯電容補償方式則較為靈活，但是只能補償固定無功，目前在我國較為常見。

對于無功功率的補償原理，主要是針對感應電動機和變壓器，通過減少無功功率的需求量來提高電氣設備的自然功率因素。通常情況下，感應電動機和變壓器在空載或者輕載時具有較低的功率因數和效率，所以必須要限制或者避免感性負載的空載或者輕載運行。可以通過適當控制運行電壓來減小無功用電，提高功率因數。無功補償裝置是供電企業常用的降低線損措施，該技術主要借助無功補償設備提供一定的無功功率，從而提升配電網系統的功率因數，降低電能損耗。無功補償技術投資少，見效快，而且能夠有效地改善電網電壓的質量。

2 智能無功補償技裝置的設計

在智能無功補償裝置優化設計過程中，需要滿足高質量的電壓，確保配電線路及用戶側所有的運行電壓在額定值附近，功率因素和各，對工企業以及用戶的功率因素進行考核，靈敏度滿足要求，在保證電壓和功率因素正常的情況下還應該對靈敏度進行校驗，盡量減小網絡損耗。本文研究的配電網智能無功補償裝置采用一體化式設計，具體包括高速主控芯片、快速采集主板、GPRS無線數據傳輸至上位機控制系統、控制系統需要支持擴展的九區圖數據模塊。一體化補償裝置可以實現兩組并聯電容器進行控制。下面就對智能無功補償裝置的設計進行詳細分析：

2.1 硬件設計

配電網智能無功補償裝置的硬件設計主要以檢測和控制為目標，系統主控制單元以智能單片機為核心，完成對配電網線路損耗的采樣、計算、輸出、自檢以及通信傳輸等功能。控制器則主要包括由智能單片機為核心的控制單元，對電網電壓和電流進行采樣的數據單元，數字相位計單元，執行驅動器單元，鍵盤和顯示單元以及通信單元組成。其中，鍵盤是用來設定智能無功補償裝置控制參數的，例如電壓極限，功率因數等，可以選擇手段運行或者自動運行方式。控制器帶有標準的RS232串行通訊接口，可以和上位機進行輕松互聯。數據采集通道是完成電平轉換隔離，量值檢測的輸入通道，來自互感器的交流電壓、電流信號經過數字相位儀進行相位比較獲取相位差。

2.2 軟件設計

配電網智能無功補償裝置的軟件主要是一種實時功能處理軟件，能夠迅速的回復指令和發送控制信號。在該設備中，智能單片機軟件采用C196語言進行編寫，采用模塊化設計，具體包含主程序模塊、采集程序模塊、各種電量的計算程序模塊、鍵盤顯示程序模塊以及通信程序模塊等。配電網智能無功補償裝置在實際運行過程中，先進性自檢和初始化工作，然后開放串行中斷，掃描鍵盤，進入處理模塊，進行參數設定。最后采集電流、電壓數據并進行計算，并將計算數據上傳至控制系統。通過客戶端系統界面，能夠準確清晰的反應電網線路以及電氣設備的運行狀態，為工作人員提供準確的數據信息。同時，還實現配電網無功優化補償以及調度優化、配電網理論損耗、補償電容器最優配置與運行故障預警功能。

3 總結

綜上所述，線損是供電企業技術水平考核的重要指標，線損水平的好壞能直接反映一個供電企業的技術水平和管理能力，因此在現代化電網建設過程中，降低電能損耗就成為人們關注的焦點問題。本文主要分析了配電網智能無功補償裝置的優化設計，首先就無功補償的基本原理進行簡要闡述，然后對智能無功補償裝置的軟硬件設計進行了詳細分析，為日后的研究提供理論基礎。

參考文獻

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作者簡介

張軍（1970-），男，大學本科學歷。現為國網山東節能服務有限公司高級工程師，從事電力系統及自動化方向的研究。

作者單位

國網山東節能服務有限公司 山東省濟南市 250001