一種新型智能無功補償裝置的研究及應用

劉朝英，柏文健，何思陽

（貴州電網有限責任公司都勻供電局，貴州 都勻 558000）

0 引言

電網系統具有很強的復雜性，影響因素多，無功功率和諧波等電能污染會對智能電網運行的安全性、穩定性、可靠性造成嚴重影響。傳統無功補償裝置具有很大的局限性，如難以實現連續動態補償，受到諧波的影響比較大，難以滿足現代化智能化電網發展和運行的需求。亟待創新出一種新型智能無功補償裝置，以滿足國家智能電網發展的需求。

1 需求分析

現階段，無功補償已經從傳統的機械補償，轉變為電力電子器件補償，隨著各行各業快速發展對電力需求的增加，對電網電能質量提出了更高的要求，傳統的無功補償技術已經難以滿足用戶的需求，比如：常用的無功補償裝置包括發電機、同步調相機、電容器、無功發生器等，這些裝置都智能實現靜態補償，難以及時響應無功功率波動的實時調整，因此，補償精度有限，跟隨性比較差，而且沒有投切延時功能，延時時間通常在30s 左右，對符合變化周期超過30s 的負荷，尚可進行有效補償，但對一些變化速度比較快，如電梯、起重機、電焊等設備的用電，難以進行實時有效地跟蹤補償。此物，子啊配電網中布設了大量的變壓器，在變壓器則會投入大量無功補償設備，僅憑供電所難以開展有效的運維，致使一些無功補償設備常年處于停運狀態，或者損壞后無法及時修復，致使電能質量難以達到理想的狀態，不但無法為用戶提供高質量的電能，而且會造成大量資源和能源浪費，不符合現代化智能電網的發展需求。

因此，亟需研發出一種新型智能無功補償裝置，能夠對用電負荷進行實時動態化跟蹤補償，提升配網供電電能質量，降低配網損耗，提升配電網運行的經濟效益，新型智能無功補償裝置的控制結構圖如圖1 所示。

圖1 新型智能無功補償裝置控制結構

2 原理和優勢

此種新型智能無功補償裝置的工作原理為：動態無功補償裝置通過外界電流互感器，實現對配網系統電流的實時監測，并通過內部布置的控制器對系統電流信息進行全面有效的處理，以便精確判斷無功負載的狀態，從而實時掌握系統無功負載產生的電流，再將控制信息發送給內部主板，并驅動其進行實時的電流補償，從而達到無功公路動態、連續、實時補償的目的。新型智能無功補償裝置運行原理如圖2 所示。

圖2 新型智能無功補償裝置運行原理

和傳統無功補償裝置相比，此種新型智能無功補償裝置具有的優勢主要體現在以下3 個方面。

（1）補充功率因素比較。傳統電容器無功補償裝置，功率因素在0.8～0.9 之間，而新型智能無功補償裝置，補償后的功率因數可達到0.98 以上。

（2）補償所需時間短。新型智能無功補償裝置，采取了電源模塊進行補償，只需5～20ms 就能完成一次補償，這是傳統無功功率補償裝置難以達到的[1]。

（3）可很好地濾除諧波。新型智能無功補償裝置采取了雙芯技術，可對配電網中產生的諧波進行實時治理，而且在整個補償階段，不會產生諧波，更不會放大諧波，可有效濾除50%以上的諧波。而傳統無功補償裝置多為電容式，電容自身也會放大諧波，也就無法濾除諧波，只能起到抑制諧波的作用。

3 新型智能無功補償裝置的應用

3.1 尺寸和接口

在應用新型智能無功補償裝置時，需要按照實際應用場景以及安裝方式的不同，選擇合適的裝置。按照結構的不同，設備可細分成兩種，一種是普通型，另一種是JP 柜型。其中普通型適合常用GGD、MNS 等柜型的安裝，通過前后通風、電源進線、互感器等在機柜背部實現緊固安裝。

JP 柜多應用在國內JIP 柜內部，設備風道為左右設計，模塊頂部有強電接線和JP 柜內部的銅排相互連接[2]。其中模塊的強電端子多用于連接ABCN 四根強電接線，而互感端子則用于連接ABC 三相電流互感器接線，采取I/O 接口控制時，需要對應連接復合開關、晶閘管開關，控制電壓為12V，C1-C3 對應3 路電容，通過485 口控制主要針對智能電容器，端子485 如圖3 所示。

圖3 與智能電容器對接的485 接口

3.2 現場安裝

現場安裝質量對新型智能無功補償裝置的應用效果以及應用的安全性有很大影響，為充分發揮出新型智能無功補償裝置的優勢，必須嚴格控制好各安裝細節的質量，主要包括以下兩個方面。

（1）單模塊安裝。選擇50A 超薄式電能質量優化裝置，可應用在機架式設備中，并實現多機并聯使用，也可以采取單模塊的方法，掛在墻壁上進行獨立使用。如果采取了后者，需要通過測量放線的方法，確定好墻上對應的位置，固定膨脹螺栓，并將模塊掛接在膨脹螺栓位置，通過套筒將螺母固定好。

（2）按照現場安裝方式的不同，新型智能無功補償裝置有兩種安裝方式可供選擇，一種是安裝在負載側，另一種是安裝在變壓器側，具體的安裝如圖4、圖5 所示。

圖4 安裝在負載側

圖5 安裝在變壓器側

需要說明的是，CTP1 指向P2 為正，指向負載或裝置。如果主CT 裝在裝置的變壓器側，需安裝第二套CT中的輔CT，用于檢測各并聯模塊發出的總電流。

3.3 系統調試

新型智能無功補償裝置系統調試方法比較簡單，登錄到系統界面之后，點擊主界面上的“現場應用”，再選擇“基本參數”，就能按照現場對新型智能無功補償裝置的實際需求，進行設備參數的有效配置和調整，通常情況下，只需要設置好主CT 變比和主CT 位置以及補償模式即可。主CT 代表了“負載和電網電流”的接口，輔CT 則表示“備用電流檢測”的接口，終端地址、行政區域碼、心跳時間等可采取遠程4G 模塊時所需的參數進行設置[3]。

點擊主界面的“現場應用”，再點擊“通信參數”，就可以按照現場并機的實際情況信息合理設置，設置內容包括并機數量、并機容量、是否需要進行并機通信等。

點擊主界面的“現場應用”，再點擊“現場調整”，可對現場CT 線序接線錯誤時的情況進行調整和處理，通常情況下不使用，盡量按照正確的線序進行接線即可。

3.4 智能電容器控制

新型智能無功補償裝置中的智能電容器控制采取了485 通信，接口形式為網口，可將智能電容器RS485的A 和B 與通信端子中的RS485A/B 相互連接，確認485 連接線序是否對應，設備通電之后按照以下步驟進行設置。

第一步，設置智能電容器的ID，其設置范圍為1～30，盡量從1 開始依次設置，不同廠家智能電容器ID設置方法不同，需要注意的是每個智能電容器的ID 號不可以重復。

第二步，進行電容搜索。智能電容器ID 設置完成后，進行電容搜索。可在系統主界面現場應用中選擇“電容”，點擊“搜索電容”對電容進行手動搜索。在進行電容搜索期間，系統無法開機運行，需要持續2～3min。

第三步，設置電容通信參數。在現場應用中選擇“通信參數”，設置SVG 與智能電容器通信的校驗與波特率，注意每個智能電容器廠家參數可能不一致，設置后點擊“保存”[4]。

第四步，電容開機和關機。返回到系統界面首頁，點擊紅色框內的按鈕，會彈出“電容開機”按鈕。需要關機時電機電容關機，但電容關機之后，不再會自動開機，除非再次電機電容開機或者重新停上電后才會再次進入電容自動開機狀態。

第五步，選擇電容狀態。可在測試量制中選擇“電容”，對電容的運行狀態、補償電流、各通道電容投切信息等進行實時查看，如果電容投入運行，則顯示為綠色，待機狀態顯示藍色，如果出現故障，則顯示黃色。

3.5 上電和斷電

為保證新型智能無功補償裝置運行的穩定性，降低電流沖擊對設備元器件造成的不良影響，在進行上電操作中，必須嚴格按照表1 的要求進行上電操作。

表1 新型智能無功補償裝置上電操作要求

設備上電前檢查后，閉合斷路器，各模塊前面板三個燈輪顯自檢，設備開機。點擊顯示屏或者藍牙APP，進入運行信息部分，確認電網電壓、電流、器件參數等正常。完成上述設置后，點擊返回主頁。開機模式設置為自動時，選擇相應的模塊，點擊模塊開機，在彈出的頁面中點擊“是”，此時會聽到繼電器閉合，對應的模塊的運行狀態變為綠色，顯示模塊正常運行[5]。

在進行設備斷電操作中，要點擊顯示屏上的“設備停機”或者點擊面板“停機”鍵按鈕，將斷路器斷開。必須嚴格按照電力部門及本說明書的有關操作規程進行調試。設備停止運行后，儲能電容帶電，15min 內嚴禁操作設備。請使用萬用表測量電壓在安全電壓以下時，再操作設備。

4 結語

綜上所述，結合理論實踐，分析了一種新型智能無功補償裝置的研究及應用，分析結果表明，無功補償裝置對整個配電系統運行的安全性、穩定性、可靠性都有很大影響。傳統電容式無功補償裝置，難以實現對配電網系統上無功公路的實時、動態、連續補償，而且存在巨大的浪費。新型智能無功補償裝置能夠發出滿足要求的補償電流，實現無功電流的連續動態補償，并和現有電容投切方式的電容補償產品協調配合工作，可對電網的諧波進行補償治理，保護現有電容補償設備不被諧波損壞，提高電容補償裝置的使用壽命，值得大范圍推廣和應用。