一种新型智能无功补偿装置的研究及应用

刘朝英，柏文健，何思阳

（贵州电网有限责任公司都匀供电局，贵州 都匀 558000）

0 引言

电网系统具有很强的复杂性，影响因素多，无功功率和谐波等电能污染会对智能电网运行的安全性、稳定性、可靠性造成严重影响。传统无功补偿装置具有很大的局限性，如难以实现连续动态补偿，受到谐波的影响比较大，难以满足现代化智能化电网发展和运行的需求。亟待创新出一种新型智能无功补偿装置，以满足国家智能电网发展的需求。

1 需求分析

现阶段，无功补偿已经从传统的机械补偿，转变为电力电子器件补偿，随着各行各业快速发展对电力需求的增加，对电网电能质量提出了更高的要求，传统的无功补偿技术已经难以满足用户的需求，比如：常用的无功补偿装置包括发电机、同步调相机、电容器、无功发生器等，这些装置都智能实现静态补偿，难以及时响应无功功率波动的实时调整，因此，补偿精度有限，跟随性比较差，而且没有投切延时功能，延时时间通常在30s 左右，对符合变化周期超过30s 的负荷，尚可进行有效补偿，但对一些变化速度比较快，如电梯、起重机、电焊等设备的用电，难以进行实时有效地跟踪补偿。此物，子啊配电网中布设了大量的变压器，在变压器则会投入大量无功补偿设备，仅凭供电所难以开展有效的运维，致使一些无功补偿设备常年处于停运状态，或者损坏后无法及时修复，致使电能质量难以达到理想的状态，不但无法为用户提供高质量的电能，而且会造成大量资源和能源浪费，不符合现代化智能电网的发展需求。

因此，亟需研发出一种新型智能无功补偿装置，能够对用电负荷进行实时动态化跟踪补偿，提升配网供电电能质量，降低配网损耗，提升配电网运行的经济效益，新型智能无功补偿装置的控制结构图如图1 所示。

图1 新型智能无功补偿装置控制结构

2 原理和优势

此种新型智能无功补偿装置的工作原理为：动态无功补偿装置通过外界电流互感器，实现对配网系统电流的实时监测，并通过内部布置的控制器对系统电流信息进行全面有效的处理，以便精确判断无功负载的状态，从而实时掌握系统无功负载产生的电流，再将控制信息发送给内部主板，并驱动其进行实时的电流补偿，从而达到无功公路动态、连续、实时补偿的目的。新型智能无功补偿装置运行原理如图2 所示。

图2 新型智能无功补偿装置运行原理

和传统无功补偿装置相比，此种新型智能无功补偿装置具有的优势主要体现在以下3 个方面。

（1）补充功率因素比较。传统电容器无功补偿装置，功率因素在0.8～0.9 之间，而新型智能无功补偿装置，补偿后的功率因数可达到0.98 以上。

（2）补偿所需时间短。新型智能无功补偿装置，采取了电源模块进行补偿，只需5～20ms 就能完成一次补偿，这是传统无功功率补偿装置难以达到的[1]。

（3）可很好地滤除谐波。新型智能无功补偿装置采取了双芯技术，可对配电网中产生的谐波进行实时治理，而且在整个补偿阶段，不会产生谐波，更不会放大谐波，可有效滤除50%以上的谐波。而传统无功补偿装置多为电容式，电容自身也会放大谐波，也就无法滤除谐波，只能起到抑制谐波的作用。

3 新型智能无功补偿装置的应用

3.1 尺寸和接口

在应用新型智能无功补偿装置时，需要按照实际应用场景以及安装方式的不同，选择合适的装置。按照结构的不同，设备可细分成两种，一种是普通型，另一种是JP 柜型。其中普通型适合常用GGD、MNS 等柜型的安装，通过前后通风、电源进线、互感器等在机柜背部实现紧固安装。

JP 柜多应用在国内JIP 柜内部，设备风道为左右设计，模块顶部有强电接线和JP 柜内部的铜排相互连接[2]。其中模块的强电端子多用于连接ABCN 四根强电接线，而互感端子则用于连接ABC 三相电流互感器接线，采取I/O 接口控制时，需要对应连接复合开关、晶闸管开关，控制电压为12V，C1-C3 对应3 路电容，通过485 口控制主要针对智能电容器，端子485 如图3 所示。

图3 与智能电容器对接的485 接口

3.2 现场安装

现场安装质量对新型智能无功补偿装置的应用效果以及应用的安全性有很大影响，为充分发挥出新型智能无功补偿装置的优势，必须严格控制好各安装细节的质量，主要包括以下两个方面。

（1）单模块安装。选择50A 超薄式电能质量优化装置，可应用在机架式设备中，并实现多机并联使用，也可以采取单模块的方法，挂在墙壁上进行独立使用。如果采取了后者，需要通过测量放线的方法，确定好墙上对应的位置，固定膨胀螺栓，并将模块挂接在膨胀螺栓位置，通过套筒将螺母固定好。

（2）按照现场安装方式的不同，新型智能无功补偿装置有两种安装方式可供选择，一种是安装在负载侧，另一种是安装在变压器侧，具体的安装如图4、图5 所示。

图4 安装在负载侧

图5 安装在变压器侧

需要说明的是，CTP1 指向P2 为正，指向负载或装置。如果主CT 装在装置的变压器侧，需安装第二套CT中的辅CT，用于检测各并联模块发出的总电流。

3.3 系统调试

新型智能无功补偿装置系统调试方法比较简单，登录到系统界面之后，点击主界面上的“现场应用”，再选择“基本参数”，就能按照现场对新型智能无功补偿装置的实际需求，进行设备参数的有效配置和调整，通常情况下，只需要设置好主CT 变比和主CT 位置以及补偿模式即可。主CT 代表了“负载和电网电流”的接口，辅CT 则表示“备用电流检测”的接口，终端地址、行政区域码、心跳时间等可采取远程4G 模块时所需的参数进行设置[3]。

点击主界面的“现场应用”，再点击“通信参数”，就可以按照现场并机的实际情况信息合理设置，设置内容包括并机数量、并机容量、是否需要进行并机通信等。

点击主界面的“现场应用”，再点击“现场调整”，可对现场CT 线序接线错误时的情况进行调整和处理，通常情况下不使用，尽量按照正确的线序进行接线即可。

3.4 智能电容器控制

新型智能无功补偿装置中的智能电容器控制采取了485 通信，接口形式为网口，可将智能电容器RS485的A 和B 与通信端子中的RS485A/B 相互连接，确认485 连接线序是否对应，设备通电之后按照以下步骤进行设置。

第一步，设置智能电容器的ID，其设置范围为1～30，尽量从1 开始依次设置，不同厂家智能电容器ID设置方法不同，需要注意的是每个智能电容器的ID 号不可以重复。

第二步，进行电容搜索。智能电容器ID 设置完成后，进行电容搜索。可在系统主界面现场应用中选择“电容”，点击“搜索电容”对电容进行手动搜索。在进行电容搜索期间，系统无法开机运行，需要持续2～3min。

第三步，设置电容通信参数。在现场应用中选择“通信参数”，设置SVG 与智能电容器通信的校验与波特率，注意每个智能电容器厂家参数可能不一致，设置后点击“保存”[4]。

第四步，电容开机和关机。返回到系统界面首页，点击红色框内的按钮，会弹出“电容开机”按钮。需要关机时电机电容关机，但电容关机之后，不再会自动开机，除非再次电机电容开机或者重新停上电后才会再次进入电容自动开机状态。

第五步，选择电容状态。可在测试量制中选择“电容”，对电容的运行状态、补偿电流、各通道电容投切信息等进行实时查看，如果电容投入运行，则显示为绿色，待机状态显示蓝色，如果出现故障，则显示黄色。

3.5 上电和断电

为保证新型智能无功补偿装置运行的稳定性，降低电流冲击对设备元器件造成的不良影响，在进行上电操作中，必须严格按照表1 的要求进行上电操作。

表1 新型智能无功补偿装置上电操作要求

设备上电前检查后，闭合断路器，各模块前面板三个灯轮显自检，设备开机。点击显示屏或者蓝牙APP，进入运行信息部分，确认电网电压、电流、器件参数等正常。完成上述设置后，点击返回主页。开机模式设置为自动时，选择相应的模块，点击模块开机，在弹出的页面中点击“是”，此时会听到继电器闭合，对应的模块的运行状态变为绿色，显示模块正常运行[5]。

在进行设备断电操作中，要点击显示屏上的“设备停机”或者点击面板“停机”键按钮，将断路器断开。必须严格按照电力部门及本说明书的有关操作规程进行调试。设备停止运行后，储能电容带电，15min 内严禁操作设备。请使用万用表测量电压在安全电压以下时，再操作设备。

4 结语

综上所述，结合理论实践，分析了一种新型智能无功补偿装置的研究及应用，分析结果表明，无功补偿装置对整个配电系统运行的安全性、稳定性、可靠性都有很大影响。传统电容式无功补偿装置，难以实现对配电网系统上无功公路的实时、动态、连续补偿，而且存在巨大的浪费。新型智能无功补偿装置能够发出满足要求的补偿电流，实现无功电流的连续动态补偿，并和现有电容投切方式的电容补偿产品协调配合工作，可对电网的谐波进行补偿治理，保护现有电容补偿设备不被谐波损坏，提高电容补偿装置的使用寿命，值得大范围推广和应用。