10kV配電網(wǎng)中低壓無功補償裝置設計與應用

摘 要：在對配電網(wǎng)無功優(yōu)化方面的理論研究及單臺補償設備研究的在相關文獻較多，但是針對配電網(wǎng)10kV線路的無功優(yōu)化智能控制系統(tǒng)的研究，目前領域內研究較少。本文主要針對當前年無功補償在現(xiàn)階段的狀況進行研究。10kV線路將網(wǎng)絡技術和通訊技術集成在一起，通過該項技術可直接在調度室遠程監(jiān)視、管理及自動控制，通過上下位機數(shù)字化技術真正實現(xiàn)了無功優(yōu)化智能系統(tǒng)。相關措施表明，變電站的每個出口功率因數(shù)總是在0.95～0.98之間波動，基本上是一條直線。該系統(tǒng)的實施為實現(xiàn)智能電網(wǎng)進行了有益的探索。

關鍵詞：配電網(wǎng)；無功補償；設計與應用

無功補償裝置目前廣泛應用于變電所，箱變在符合了條件后，應將低壓無功補償裝置安裝在箱變上。安裝低壓無功補償裝置后，可以達到改善居住區(qū)電壓質量的效果，減少電能在運輸過程中的消耗，提高了居民的生活水平，同時也符合國家建設節(jié)約型社會的要求。因此，要在變電所應盡可能安裝低壓無功補償裝置，箱變在滿足低壓無功補償裝置運行環(huán)境需要及設計要求時，也應該按照相關標準裝設低壓無功補償裝置。

1 設置低壓無功補償裝置的重要性

低壓無功補償箱，在安裝無功補償裝置時，要充分考慮無功功率的需量及電能質量，采用智能型免維護無功自動補償裝置，該設備可具備自動過零投切、分相補償功能。配變低壓側應裝設無功補償裝置（低壓無功補償箱一般設置于變電所低壓開關柜內）。低壓無功補償?shù)娜萘颗渲靡话銘簧儆谂渥內萘康?5%，建議采用晶閘管—交流接觸器復合投切電容器型式實現(xiàn)循環(huán)投切控制、分相補償；采用微處理器的測量、控制系統(tǒng)。電容器應優(yōu)先采用干式、自愈式阻燃型電容器，電容允許偏差-5%+10%，最大過載電壓達135%額定電壓，允許最高環(huán)境溫度+55℃。按變壓器額定容量的30%左右作一次性配置分組。全部電容器組應采用低壓塑殼式斷路器保護，分組電容器應設置熔斷器保護。電壓質量是穩(wěn)定的，通常以對稱性和正弦和其他指標來衡量，為提高供應能力和電壓質量，經常與電力電容器無功補償及濾波的高次諧波，這種方法側重于賠償，補償和地方組補償3種方式。并聯(lián)電容器同時具備優(yōu)點和缺點。優(yōu)點是其無功補償簡單、經濟且比較靈活，缺點是有可能出現(xiàn)系統(tǒng)諧波放大嚴重，進而導致并聯(lián)諧振。

當前社會經濟飛速發(fā)展，對電力的需求仍在持續(xù)增長，但是不斷增加的電力需求，導致電力系統(tǒng)負荷功率負擔過重，諧波源和負載不平衡，進而造成日益嚴峻的影響。老方法已經難以滿足新的需求，目前隨著國家在超大功率半導體器件、電力電子應用技術和控制技術方面的發(fā)展，無功補償和電網(wǎng)諧波治理新技術取得的新突破，很多問題可以迎刃而解，尤其是靜止式動態(tài)無功補償器在實踐中得到了良好的應用。

配電作為鏈接高端網(wǎng)絡面積配置，其占整個網(wǎng)絡的總損失的40%的損失。無功補償可以取得降低損耗并提高輸電質量的效果。在過去的一段時間里，很多設計考慮了無功優(yōu)化網(wǎng)絡和規(guī)劃等方面，卻對無功補償裝置在開關操作優(yōu)化上的設計考慮得較少，在10kV配電線路與分布補償電容器上，固定補償電容器被更多地采用。為了發(fā)揮網(wǎng)內各種設備的功能，挖掘設備潛力，提高設備服務質量，取得無功優(yōu)化最優(yōu)的效益，就要利用各種無功補償設備的有效投切，實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化調度。

2 配電網(wǎng)無功基本特點與現(xiàn)狀

最近幾年國家在電網(wǎng)的建設與改造上投入了大量的資金，對設備的優(yōu)化和運行方式的優(yōu)化更是不遺余力，但是我國目前在配電網(wǎng)無功優(yōu)化方面的建設，遠遠滯后于電網(wǎng)建設。我國主要采用的是變電站二次側集中補償?shù)难a償方式，先進設備偏少、甚至沒有，設備老化很嚴重，很多是十幾年前的老舊設備，無功補償缺額很大，裝備的設置更是不合理。這是當前我國配電網(wǎng)無功優(yōu)化的現(xiàn)狀。當前我國仍在該領域存在很多問題，配電線路能量損耗仍然較高，輸電網(wǎng)末端電壓低等，很多問題都無法得到有效解決，各種裝備在自動化方面，仍然很低，隨器補償、線路分散補償大多數(shù)采用固定補償，無法實時監(jiān)控，電網(wǎng)具有季節(jié)性以及階段性強的特性，目前仍然無法滿足。可見我國電網(wǎng)無功補償裝置自動化程度不高，動態(tài)補償和固定補償不平衡，所以開發(fā)出適合10kV配電網(wǎng)絡智能系統(tǒng)無功優(yōu)化是必要的和有意義的。

3 無功補償裝置中智能無功補償控制器的設計要求

無功補償控制器在運行過程中有具體的要求，其運行中既要能夠滿足輸電系統(tǒng)穩(wěn)定無震蕩，還要能夠起到補償效果。設備在選擇時，要能夠將電容器自由進行組合，針對Y-Δ結合情況，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組合，同時可以滿足設備智能化和可循環(huán)的要求，供用戶進行選擇。在選擇智能低壓復合開關時，該開關要絕筆以下性能：一是能夠滿足過零投入和過零關斷的效果；二是要保證該開關在使用開和關的功能時沒有諧波和涌流，并且能耗低，對電網(wǎng)沖擊小，同時還可以抗干擾，具備一定的鎖閉保護等功能。

4 配電網(wǎng)10kV線路無功優(yōu)化智能系統(tǒng)的研究與實施

在很多文獻資料中，都報道了配電網(wǎng)的隨機補償技術，該項技術基本上已經成熟，本文主要針對10kV配電網(wǎng)智能無功功率集中優(yōu)化系統(tǒng)進行研究。10kV線路分散補償是根據(jù)電壓使用智能系統(tǒng)投切布點，電壓型遠程控制模式。調度室的電腦，根據(jù)電路的開關后，從測得的電壓和開關，以及變電站出口（第一行的末尾）功率和無功功率因數(shù)值，確定重點設備的GPRS，直接調整上限和下限電容器鑒于從控制中心交換設備的開關電容命令行。要增加一倍的電壓和功率因數(shù)控制的目的。

5 無功補償系統(tǒng)設計

5.1 系統(tǒng)概述

無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)使用的技術，由DotNet技術發(fā)展到了c/s結構。在客戶端運行的系統(tǒng)，其服務器可以在任何時間對設備狀態(tài)的補償進行實時監(jiān)控。通過自動運行調度的第一側線系統(tǒng)參數(shù)的局域網(wǎng)，服務器系統(tǒng)，同時通過GPRS與現(xiàn)場的補償裝置通信，控制或獲取工作現(xiàn)場補償裝置的運行狀態(tài)。系統(tǒng)服務器來訪問實時的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫采用SQLSERVER的2005年設計和管理。系統(tǒng)管理者、使用者可以對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行提取、使用、下載和分析，并且具備自動生成報表的功能，以Excel表格的形式輸出。

5.2 無功補償遠程無線集控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的遠程控制系統(tǒng)使用一個遙控器對設備進行綜合管理，具體采用無線通訊技術、數(shù)據(jù)傳輸、自動化和數(shù)據(jù)綜合管理等技術。由處理器、智能手機芯片和電信通訊系統(tǒng)對顯示器進行控制。該系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路技術，高精度A/D轉換器，微控制器技術、抗干擾技術，該項技術功能齊全，運行穩(wěn)定，安裝簡單且精度較高，后端系統(tǒng)安裝也比較簡單，懂得簡單操作計算機的人士即可使用，軟件使用非常靈活，裝有XP操作系統(tǒng)、WIN7系統(tǒng)環(huán)境中比較常用的軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，不需要對設備進行單獨的維護。

5.3 系統(tǒng)構成

系統(tǒng)由上級遠程主控微機、下級執(zhí)行微機和遠程通信網(wǎng)絡組成兩級微機控制系統(tǒng)，從運行情況來看。在上級調度室集中控制計算機集中采集的線路無功功率補償和電力實時數(shù)據(jù)的因素，根據(jù)模糊控制算法來計算所需的補償線需要投入或切除的能力補償電容，降低了微機遠程通信傳輸?shù)膶崿F(xiàn)切換補償點線的局勢，并確定開關電壓測量對象，然后表決通過遠程通訊網(wǎng)絡發(fā)送控制命令來調整對象的控制下關閉所有設備實施兩個控制參數(shù)（刪除上限/輸入下限）。發(fā)送前控制PC自動切換目標的補償電容值，因此，當行至維持在輕負載中得到了超過0.95功率factor重型裝載穩(wěn)定性無法彌補的現(xiàn)象發(fā)生。

6 結論

配電網(wǎng)10kV線路無功補償智能系統(tǒng)，補償點位置和容量需要設置最佳補償點，在確定最佳補償點時，應該對下述問題優(yōu)先考慮。系統(tǒng)通過遙控通信及網(wǎng)絡技術電容器投切控制，實現(xiàn)上下位機的數(shù)據(jù)交換，下位機采集到補償點和測量電壓切換條件后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C，個人電腦和調度室重點對變電站綜合功率因數(shù)和無功功率輸出，決定了交換條件、補償點，然后切換到下位機發(fā)送命令，達到功率因數(shù)和電壓雙控目的。無功電壓開關設備通過電壓采樣采集數(shù)據(jù)，該項通信技術對采集到的無功功率和功率因數(shù)進行分析，基本上攻克了成本高，設備大，需要同時對電壓和電流進行采集的難題。利用通訊技術，同時交換設備安裝點的電壓數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，可以有效避免為了考核電壓，需要到現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)安裝電壓監(jiān)測裝置的問題。

參考文獻

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（作者單位：神華準格爾能源有限責任公司）