智能低压无功补偿技术在配电系统中的应用

刘秀华

中电装备许继集团有限公司，河南 许昌 461000

随着电力电子技术、智能控制技术和信息通信技术的不断发展，带动了许多电力新技术、新设备的不断出现，近年来随着城乡电网改造的进行，智能无功补偿技术在各地低压配电网的公用配变中被广泛应用，它集低压无功补偿、综合配电监测、配电站区的线损计量、电压合格率的考核、谐波监测等多种功能于一身；同时还充分考虑了与配电自动化系统的结合。

1 传统的低压无功补偿设备的特点及缺点

设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均得到广泛的应用。设置并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但传统的无功补偿装置，其阻抗是固定的，不能跟踪负载无功需求的变化，也就不能实现对无功功率的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大，所以就产生传统的动态无功补偿同步调相机，但损耗和噪音都较大，进行维护复杂，相应速度慢，在很多情况下已无法适应快速的无功补偿控制要求。

2 静止无功补偿装置的特点

电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将使用晶闸管的静止无功补偿装置推上了电力系统无功功率控制的舞台，它可以对电力系统中无功功率进行快速的动态补偿，可以实现以下功能：对动态无功负载的功率因数校正，改善电压调整率，提高电力系统的静态及动态稳定性，阻尼功率震荡，降低出现过电压，减少电压闪烁，减少电压及电流的不平衡，以上这些功能虽然是相互关联的，但实际上的静态无功补偿装置只能以其中一项或几项为直接控制目标，其控制策略也因此不同，在不同的应用场合，对无功补偿的容量的要求也不一样，所以使用及维护比较复杂，没有统一性。

自从20世纪80年代提出三相电路瞬时无功功率理论，该理论在许多方面得到了成功的应用。该理论突破了传统的以平均只为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量。随着计算机和微电子技术的发展，采用傅里叶分析的方法来检测谐波和无功电流。这种方法根据采集到的一个电源周期的电流值进行计算，最终得到所需的谐波和无功电流，有源电力滤波器有源滤波器是解决电力系统谐波问题的新型方案，是谐波治理领域的最新成果。通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、补偿后的系统电流、电容器电压等信号，利用测量所得信号检测出负荷电流的各次谐波分量和不平衡分量，考虑到控制必然存在误差，为了提高补偿的效果，再检测出补偿后系统电流的各次谐波分量和不平衡量，与负荷的各次谐波分量和不平衡量叠加，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器根据电流参考信号计算出对逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件，从而输出相应的各次谐波分量和不平衡分量，实现补偿功能。有源电力滤波器具有响应速度快，具备连续补偿和动态跟踪补偿能力，谐波滤除率高，还能有效抑制电网本身的谐振，还可以兼顾无功补偿和三相平衡，改善供电质量，提高功率因数，节约能源，降低损耗减轻供电设备负荷，从而取得明显的经济效益。

3 采用智能型无功控制策略

采集三相电压、电流信号，跟踪系统中无功的变化，以无功功率为控制物理量，以用户设定的功率因数为投切参考限量，依据模糊控制理论智能选择电容器组合，智能投切是针对星—角结合情况。电容投切控制采用智能控制理论，自动及时地投切电容补偿，补偿无功功率容量。根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合，依据“取平补齐”的原则投入电网，实现电容器投切的智能控制，使补偿精度高。

1）科学的电压限制条件：可设定的过、欠压保护值，可设置禁投（低谷高电压）、禁切（高峰低电压）电压值，具缺相保护功能，以无功功率为投切门限值；

2）可设置投切延时：延时时间可调（既可支持快速跟踪无功补偿，也可支持稳态补偿），同组电容投切动作时间间隔可设置，对快速跟踪补偿可设置为零。

4 集成综合配电监测功能

综合配电监测功能集配电变压器电气参数测量、记忆、通信于一体，是一套比较完整的配电运行参数测量机构，是低压配电电网中考核单元线损的理想手段。它能随时为电网管理人员提供所需要的各类数据，是为电网的安全运行和经济运行提供可靠的管理依据，是配电电网自动化系统的基本组成。

5 集成电压监测功能

根据电压检测仪标准进行采样与数据统计处理，便于用户考核电压合格率，可用于电压监测考核。

6 集成在线谐波监测功能

较好一点的监测终端采用DSP作为CPU，应用FFT快速傅立叶算法，可精确计算测量出电压、电流、功率因数、有功及无功电量等配电参数，还可以分析1～3次谐波，从而实现在线的谐波监测功能，该数据可根据用户要求在后台软件上进行分析处理。

7 通信

某些功能较先进的监控终端充分地考虑了设备的可持续性使用，采用标准的RS232、RS485接口，可根据用户要求特殊配置Modem、现场总线（Profibus）等，与配网自动化系统有机结合。3无功补偿新技术在新兴行业的应用新能源汽车在能源使用成本、环境保护效益方面比传统汽车有许多优点，新能源汽车行业有广阔的前景，该行业也跨入产业化阶段，并将成为中国汽车产业“十二五”规划中的重中之重。作为国家节能减排的重要组成部分，新能源汽车更是被列为加快培育和发展的七大战略性新兴产业之一，将继续在资金和政策层面给予重点支持。国家在基础建设方面，给新能源电动汽车建立了相应的充电站。充电站中配备的大功率充电机为整流型非线性负载，在其给汽车充电的同时也给配电系统造成了严重的谐波污染，对充电机进行谐波治理，使新能源汽车从充电到行驶，都使用清洁能源，有源电力滤波器对充电机产生的谐波进行就地补偿，有效地滤除充电站中充电机所产生的谐波，使谐波对变压器及其它负载的影响降到最低，减少谐波对电气设备的破坏，减少电气测量仪表计量的不准确等，使电能质量得到提高，总体提升设备的运行效率和电力能源使用效率，还可以达到节能降耗的目的，优化线路的电力品质，减少谐波危害，保护设备运行，节约用电。

8 配电网无功补偿的降损节能效应

配电网无功补偿对配电网经济运行起着很重要的作用，其降损节能主要表现以下几个方面：一是提高供电设备的效率，降低功率损耗和电能损耗；二是提高供电电压质量，减少电能使用浪费，指导电能消耗合理分配，帮助用户进行节能规划并实现持续节能。

9 结论

按照上述方案实施无功补偿和电压调节，使无功功率得到了自动实时补偿，通过智能变配电系统的监控画面，数据库返回的各种信息，及时了解用电系统的运行状态，通过无功补偿控制器监视用电系统电能质量帮助用户有效的管理负荷，减少非正常耗电，可以有效的获得故障的位置、原因及故障电流等多种参数，帮助用户快速排除故障，减少停电损失。电能质量涉及国民经济各行各业和人民生活用电，优质电力可以提高用电设备效率，增加使用寿命，减少电能损耗和生产损失，电能质量关系到电力可持续发展，也关系到国民经济总体效益，是实现节约型社会的必要条件之一。

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