配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計

張軍++張健++楊鳳文++韓蓬++王坤++陳寧

摘 要

隨著智能化電網(wǎng)的建設(shè)，加速了無功功率的需求量，但是，無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，會造成電能的損耗，降低電能的使用率并影響用戶端的用電質(zhì)量，因此，有必要在電網(wǎng)中增加無功補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)無功功率的有效傳輸。本文分析了無功補(bǔ)償?shù)脑砗湍康模槍Ξ?dāng)前低壓無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀，給出了智能無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計方法，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng) 無功補(bǔ)償 裝置 設(shè)計

本文對現(xiàn)有智能無功補(bǔ)償裝置的不足，結(jié)合配電網(wǎng)的特點(diǎn)，設(shè)計包含兩組電容器的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，采用計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動控制，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的不足，同時兩組電容器共用一套保護(hù)裝置，采用GPRS進(jìn)行實(shí)時無線通信，將所采集的數(shù)據(jù)信號傳輸給上位機(jī)，有效地解決了長距離新路傳輸不穩(wěn)定的問題。

1 無功補(bǔ)償理論及技術(shù)評價

無功功率（reactive power）主要是指電場中，用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率，凡是有導(dǎo)線的電氣設(shè)備，要建立磁場都需要消耗無功功率。通常情況下，用電設(shè)備需要從電源側(cè)獲取無功功率。一旦電網(wǎng)中的無功功率需求量增加，用電設(shè)備就無法獲取足夠的無功功率來建立電磁場，從而影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行，而且還會加大電力線路的電壓損失。由此可見，無功功率對供電系統(tǒng)中有著非常重要的作用，需要我們借助無功補(bǔ)償技術(shù)可以有效的降低供電變壓器及輸送線路的損耗，有助于提升電能的使用效率。在無功補(bǔ)償技術(shù)方面主要采用的是同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器，同步調(diào)相機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，在動態(tài)補(bǔ)償過程中會產(chǎn)生較大的損耗好噪聲，技術(shù)方面比較落后，而并聯(lián)電容補(bǔ)償方式則較為靈活，但是只能補(bǔ)償固定無功，目前在我國較為常見。

對于無功功率的補(bǔ)償原理，主要是針對感應(yīng)電動機(jī)和變壓器，通過減少無功功率的需求量來提高電氣設(shè)備的自然功率因素。通常情況下，感應(yīng)電動機(jī)和變壓器在空載或者輕載時具有較低的功率因數(shù)和效率，所以必須要限制或者避免感性負(fù)載的空載或者輕載運(yùn)行。可以通過適當(dāng)控制運(yùn)行電壓來減小無功用電，提高功率因數(shù)。無功補(bǔ)償裝置是供電企業(yè)常用的降低線損措施，該技術(shù)主要借助無功補(bǔ)償設(shè)備提供一定的無功功率，從而提升配電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低電能損耗。無功補(bǔ)償技術(shù)投資少，見效快，而且能夠有效地改善電網(wǎng)電壓的質(zhì)量。

2 智能無功補(bǔ)償技裝置的設(shè)計

在智能無功補(bǔ)償裝置優(yōu)化設(shè)計過程中，需要滿足高質(zhì)量的電壓，確保配電線路及用戶側(cè)所有的運(yùn)行電壓在額定值附近，功率因素和各，對工企業(yè)以及用戶的功率因素進(jìn)行考核，靈敏度滿足要求，在保證電壓和功率因素正常的情況下還應(yīng)該對靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)，盡量減小網(wǎng)絡(luò)損耗。本文研究的配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置采用一體化式設(shè)計，具體包括高速主控芯片、快速采集主板、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)需要支持?jǐn)U展的九區(qū)圖數(shù)據(jù)模塊。一體化補(bǔ)償裝置可以實(shí)現(xiàn)兩組并聯(lián)電容器進(jìn)行控制。下面就對智能無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1 硬件設(shè)計

配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的硬件設(shè)計主要以檢測和控制為目標(biāo)，系統(tǒng)主控制單元以智能單片機(jī)為核心，完成對配電網(wǎng)線路損耗的采樣、計算、輸出、自檢以及通信傳輸?shù)裙δ堋？刂破鲃t主要包括由智能單片機(jī)為核心的控制單元，對電網(wǎng)電壓和電流進(jìn)行采樣的數(shù)據(jù)單元，數(shù)字相位計單元，執(zhí)行驅(qū)動器單元，鍵盤和顯示單元以及通信單元組成。其中，鍵盤是用來設(shè)定智能無功補(bǔ)償裝置控制參數(shù)的，例如電壓極限，功率因數(shù)等，可以選擇手段運(yùn)行或者自動運(yùn)行方式。控制器帶有標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行通訊接口，可以和上位機(jī)進(jìn)行輕松互聯(lián)。數(shù)據(jù)采集通道是完成電平轉(zhuǎn)換隔離，量值檢測的輸入通道，來自互感器的交流電壓、電流信號經(jīng)過數(shù)字相位儀進(jìn)行相位比較獲取相位差。

2.2 軟件設(shè)計

配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的軟件主要是一種實(shí)時功能處理軟件，能夠迅速的回復(fù)指令和發(fā)送控制信號。在該設(shè)備中，智能單片機(jī)軟件采用C196語言進(jìn)行編寫，采用模塊化設(shè)計，具體包含主程序模塊、采集程序模塊、各種電量的計算程序模塊、鍵盤顯示程序模塊以及通信程序模塊等。配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中，先進(jìn)性自檢和初始化工作，然后開放串行中斷，掃描鍵盤，進(jìn)入處理模塊，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。最后采集電流、電壓數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算，并將計算數(shù)據(jù)上傳至控制系統(tǒng)。通過客戶端系統(tǒng)界面，能夠準(zhǔn)確清晰的反應(yīng)電網(wǎng)線路以及電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為工作人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。同時，還實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償以及調(diào)度優(yōu)化、配電網(wǎng)理論損耗、補(bǔ)償電容器最優(yōu)配置與運(yùn)行故障預(yù)警功能。

3 總結(jié)

綜上所述，線損是供電企業(yè)技術(shù)水平考核的重要指標(biāo)，線損水平的好壞能直接反映一個供電企業(yè)的技術(shù)水平和管理能力，因此在現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)過程中，降低電能損耗就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)問題。本文主要分析了配電網(wǎng)智能無功補(bǔ)償裝置的優(yōu)化設(shè)計，首先就無功補(bǔ)償?shù)幕驹磉M(jìn)行簡要闡述，然后對智能無功補(bǔ)償裝置的軟硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)分析，為日后的研究提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]李科叢，于雪庭.10kV配電網(wǎng)無功補(bǔ)償優(yōu)化與應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015（05）.

[2]劉曉松.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用分析[J].電子制作，2014（16）.

[3]陸陽，李航程，鄭海良，楊偉炳.配電網(wǎng)無功補(bǔ)償現(xiàn)狀分析與應(yīng)用研究[J].硅谷，2013（23）.

作者簡介

張軍（1970-），男，大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為國網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司高級工程師，從事電力系統(tǒng)及自動化方向的研究。

作者單位

國網(wǎng)山東節(jié)能服務(wù)有限公司 山東省濟(jì)南市 250001