智能低壓無功補(bǔ)償技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉秀華

中電裝備許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000

隨著電力電子技術(shù)、智能控制技術(shù)和信息通信技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了許多電力新技術(shù)、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，近年來隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的進(jìn)行，智能無功補(bǔ)償技術(shù)在各地低壓配電網(wǎng)的公用配變中被廣泛應(yīng)用，它集低壓無功補(bǔ)償、綜合配電監(jiān)測(cè)、配電站區(qū)的線損計(jì)量、電壓合格率的考核、諧波監(jiān)測(cè)等多種功能于一身；同時(shí)還充分考慮了與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合。

1 傳統(tǒng)的低壓無功補(bǔ)償設(shè)備的特點(diǎn)及缺點(diǎn)

設(shè)置無功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法，目前在國(guó)內(nèi)外均得到廣泛的應(yīng)用。設(shè)置并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置，其阻抗是固定的，不能跟蹤負(fù)載無功需求的變化，也就不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)無功功率進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤絹碓酱?，所以就產(chǎn)生傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償同步調(diào)相機(jī)，但損耗和噪音都較大，進(jìn)行維護(hù)復(fù)雜，相應(yīng)速度慢，在很多情況下已無法適應(yīng)快速的無功補(bǔ)償控制要求。

2 靜止無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)

電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了電力系統(tǒng)無功功率控制的舞臺(tái)，它可以對(duì)電力系統(tǒng)中無功功率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)動(dòng)態(tài)無功負(fù)載的功率因數(shù)校正，改善電壓調(diào)整率，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，阻尼功率震蕩，降低出現(xiàn)過電壓，減少電壓閃爍，減少電壓及電流的不平衡，以上這些功能雖然是相互關(guān)聯(lián)的，但實(shí)際上的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置只能以其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)為直接控制目標(biāo)，其控制策略也因此不同，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)無功補(bǔ)償?shù)娜萘康囊笠膊灰粯?，所以使用及維護(hù)比較復(fù)雜，沒有統(tǒng)一性。

自從20世紀(jì)80年代提出三相電路瞬時(shí)無功功率理論，該理論在許多方面得到了成功的應(yīng)用。該理論突破了傳統(tǒng)的以平均只為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無功功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，采用傅里葉分析的方法來檢測(cè)諧波和無功電流。這種方法根據(jù)采集到的一個(gè)電源周期的電流值進(jìn)行計(jì)算，最終得到所需的諧波和無功電流，有源電力濾波器有源濾波器是解決電力系統(tǒng)諧波問題的新型方案，是諧波治理領(lǐng)域的最新成果。通過測(cè)量電路獲得接入點(diǎn)電壓、負(fù)荷電流、設(shè)備輸出電流、補(bǔ)償后的系統(tǒng)電流、電容器電壓等信號(hào)，利用測(cè)量所得信號(hào)檢測(cè)出負(fù)荷電流的各次諧波分量和不平衡分量，考慮到控制必然存在誤差，為了提高補(bǔ)償?shù)男Ч贆z測(cè)出補(bǔ)償后系統(tǒng)電流的各次諧波分量和不平衡量，與負(fù)荷的各次諧波分量和不平衡量疊加，這就是設(shè)備的輸出電流參考信號(hào)，進(jìn)而控制系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)電流參考信號(hào)計(jì)算出對(duì)逆變器的PWM控制脈沖，并通過控制電路驅(qū)動(dòng)逆變橋的電子開關(guān)器件，從而輸出相應(yīng)的各次諧波分量和不平衡分量，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。有源電力濾波器具有響應(yīng)速度快，具備連續(xù)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償能力，諧波濾除率高，還能有效抑制電網(wǎng)本身的諧振，還可以兼顧無功補(bǔ)償和三相平衡，改善供電質(zhì)量，提高功率因數(shù)，節(jié)約能源，降低損耗減輕供電設(shè)備負(fù)荷，從而取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3 采用智能型無功控制策略

采集三相電壓、電流信號(hào)，跟蹤系統(tǒng)中無功的變化，以無功功率為控制物理量，以用戶設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合，智能投切是針對(duì)星—角結(jié)合情況。電容投切控制采用智能控制理論，自動(dòng)及時(shí)地投切電容補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率容量。根據(jù)配電系統(tǒng)三相中每一相無功功率的大小智能選擇電容器組合，依據(jù)“取平補(bǔ)齊”的原則投入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電容器投切的智能控制，使補(bǔ)償精度高。

1）科學(xué)的電壓限制條件：可設(shè)定的過、欠壓保護(hù)值，可設(shè)置禁投（低谷高電壓）、禁切（高峰低電壓）電壓值，具缺相保護(hù)功能，以無功功率為投切門限值；

2）可設(shè)置投切延時(shí)：延時(shí)時(shí)間可調(diào)（既可支持快速跟蹤無功補(bǔ)償，也可支持穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償），同組電容投切動(dòng)作時(shí)間間隔可設(shè)置，對(duì)快速跟蹤補(bǔ)償可設(shè)置為零。

4 集成綜合配電監(jiān)測(cè)功能

綜合配電監(jiān)測(cè)功能集配電變壓器電氣參數(shù)測(cè)量、記憶、通信于一體，是一套比較完整的配電運(yùn)行參數(shù)測(cè)量機(jī)構(gòu)，是低壓配電電網(wǎng)中考核單元線損的理想手段。它能隨時(shí)為電網(wǎng)管理人員提供所需要的各類數(shù)據(jù)，是為電網(wǎng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供可靠的管理依據(jù)，是配電電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成。

5 集成電壓監(jiān)測(cè)功能

根據(jù)電壓檢測(cè)儀標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采樣與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理，便于用戶考核電壓合格率，可用于電壓監(jiān)測(cè)考核。

6 集成在線諧波監(jiān)測(cè)功能

較好一點(diǎn)的監(jiān)測(cè)終端采用DSP作為CPU，應(yīng)用FFT快速傅立葉算法，可精確計(jì)算測(cè)量出電壓、電流、功率因數(shù)、有功及無功電量等配電參數(shù)，還可以分析1～3次諧波，從而實(shí)現(xiàn)在線的諧波監(jiān)測(cè)功能，該數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶要求在后臺(tái)軟件上進(jìn)行分析處理。

7 通信

某些功能較先進(jìn)的監(jiān)控終端充分地考慮了設(shè)備的可持續(xù)性使用，采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS485接口，可根據(jù)用戶要求特殊配置Modem、現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus）等，與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。3無功補(bǔ)償新技術(shù)在新興行業(yè)的應(yīng)用新能源汽車在能源使用成本、環(huán)境保護(hù)效益方面比傳統(tǒng)汽車有許多優(yōu)點(diǎn)，新能源汽車行業(yè)有廣闊的前景，該行業(yè)也跨入產(chǎn)業(yè)化階段，并將成為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃中的重中之重。作為國(guó)家節(jié)能減排的重要組成部分，新能源汽車更是被列為加快培育和發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，將繼續(xù)在資金和政策層面給予重點(diǎn)支持。國(guó)家在基礎(chǔ)建設(shè)方面，給新能源電動(dòng)汽車建立了相應(yīng)的充電站。充電站中配備的大功率充電機(jī)為整流型非線性負(fù)載，在其給汽車充電的同時(shí)也給配電系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的諧波污染，對(duì)充電機(jī)進(jìn)行諧波治理，使新能源汽車從充電到行駛，都使用清潔能源，有源電力濾波器對(duì)充電機(jī)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行就地補(bǔ)償，有效地濾除充電站中充電機(jī)所產(chǎn)生的諧波，使諧波對(duì)變壓器及其它負(fù)載的影響降到最低，減少諧波對(duì)電氣設(shè)備的破壞，減少電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量的不準(zhǔn)確等，使電能質(zhì)量得到提高，總體提升設(shè)備的運(yùn)行效率和電力能源使用效率，還可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，優(yōu)化線路的電力品質(zhì)，減少諧波危害，保護(hù)設(shè)備運(yùn)行，節(jié)約用電。

8 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)慕祿p節(jié)能效應(yīng)

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著很重要的作用，其降損節(jié)能主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：一是提高供電設(shè)備的效率，降低功率損耗和電能損耗；二是提高供電電壓質(zhì)量，減少電能使用浪費(fèi)，指導(dǎo)電能消耗合理分配，幫助用戶進(jìn)行節(jié)能規(guī)劃并實(shí)現(xiàn)持續(xù)節(jié)能。

9 結(jié)論

按照上述方案實(shí)施無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)，使無功功率得到了自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，通過智能變配電系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，數(shù)據(jù)庫返回的各種信息，及時(shí)了解用電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過無功補(bǔ)償控制器監(jiān)視用電系統(tǒng)電能質(zhì)量幫助用戶有效的管理負(fù)荷，減少非正常耗電，可以有效的獲得故障的位置、原因及故障電流等多種參數(shù)，幫助用戶快速排除故障，減少停電損失。電能質(zhì)量涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)和人民生活用電，優(yōu)質(zhì)電力可以提高用電設(shè)備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產(chǎn)損失，電能質(zhì)量關(guān)系到電力可持續(xù)發(fā)展，也關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體效益，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約型社會(huì)的必要條件之一。

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