电力自动化中智能无功补偿技术的应用

李金玉

摘要：电网无功补偿是一项建设性的技术措施，对电网安全、优质、经济运行有重要作用。随着科技的快速发展进步，智能电网全面建设， 各种新技术、新设备在电力系统中的应用越来越广泛，未来的无功补偿技术将会更加经济有效。文章主要针对配电自动化技术和使用晶闸管投切的智能无功补偿技术。

关键词：配电自动化；智能；无功补偿技术

一、加强电网无功补偿的重要意义

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断变化，会造成系统的无功分布不合理，甚至可能出現局部地区无功不足、电压偏低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。

电力系统配置的无功补偿装置应在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，保证分层和分区的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，从整体上考虑无功补偿装置在各电压等级变电站、10kV及以下配电网和用户侧配置比例的协调关系，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足电网安全、经济运行的需要。

目前应用于配电网无功补偿的主要方式有以下几种：

1、变电站集中补偿：主要目的是平衡输电网的无功功率，改善输电网的功率因数，提高系统终端变电所的母线电压，补偿变电站主变压器和高压输电线路的无功损耗。变电站集中补偿一般和主变调档一起用VQC系统进行自动控制。区域内多个变电站的无功补偿装置联合起来可组成区域电压无功自动控制系统（AVC）。

2、低压集中补偿：一般指在公用变的低压侧进行集中并联电容器补偿。根据公变负荷水平的波动投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。它主要目的是提高公用变的功率因数，实现无功补偿的就地平衡， 对降损有积极作用，同时也有助于保证该用户的电压水平。

3、用户终端分散补偿：一般指在100kVA转变用户低压侧进行集中并联电容器补偿。原理与作用和公用变低压集中补偿一样。因用户侧的力率考核以月电量计算平均功率因素， 故其无功补偿以补电量为主， 瞬间往往会出现欠补或过补，不能实现实时无功平衡。

4、杆上无功补偿：由于配电网中很多小容量的公用变、100kVA以下的专用变、小容量的低压动力用户都没有进行低压补偿，由此造成很大的无功缺口需要由上级变电站来填，使得在配电线路上存在大量的无功传输。

前面提到的四种补偿方式，前三种均采用了根据功率因素实时分组投切的自动控制技术。其补偿的目的都是实现本级变压器实现就地无功平衡，对于网络或线路上的无功缺失无能为力。第四种补偿方式能实现这个要求，但现阶段采用的杆上无功补偿均采用固定容量全时段投入的方式，不能根据网络要求实现自动投切，达不到全时自动补偿的目的。本文拟探讨如何实现在中压配电线路上进行智能无功补偿。

二、智能无功补偿的基本原则

1、线路补偿点的选择

在10kV线路上进行并联电容器补偿，如果补一组，一般安装在线路长度的2/3处，如果补二组，一般安装在线路长度的2/5和4/5处，如果补三组，一般安装在线路长度的2/7、4/7、6/7处，具体安装地点可视线路正常运行情况下无功潮流而定。由于本文讨论实现自动控制，因此多组安装效果好于单组安装。建议有条件的按照二至三组进行配置，一般不宜大于三组。

2、补偿容量的确定

各条10kV线路状况千差万别，补偿容量应根据各线路特性单独制定，而不应该简单的按照线路安装变压器容量确定。可以调用调度自动化系统中的无功曲线进行分析，以补偿到无功曲线基本平直为准，不应出现无功到送。以此确定补偿的总容量，然后根据曲线的具体情况和线路的无功分布情况，确定分几组，以实现在时间段和线路分段上的就地平衡。如线路无功平均分布，则补偿容量平均分配；线路无功以某段为多，则重点补某段。尽量做到靠近无功负荷中心，实现就地平衡。如无功曲线出现明显的台阶，则容量参考台阶确定，以实现不同时段的完美补偿，比如峰谷时段的巨大差距。

三、智能无功补偿的硬件选择与组装形式

本智能无功补偿系统拟采用的主要线路设备为跌落式熔断器、避雷器、晶闸管投切电路、电容器。

保护从简配置，采用跌落式熔断器和避雷器作为过电流和过电压保护，按照常规选择即可。此处重点讨论晶闸管作为电容器投切开关的好处。当使用断路器将电容器投入电网时，一方面有可能产生拉弧等现象，这种拉弧会减少断路器的动作次数，不能频繁投切；另一方面由于机械断路器触头动作时间的分散性，难以实现同步，不可避免地产生过渡过程，会造成系统振荡，特别是频繁投切断路器会使系统不稳定。使用晶闸管作为开关，与机械投切电容器相比，晶闸管开关是无触点的，它的操作寿命几乎是无限的，而且晶闸管的投切时刻可以精确控制，能够快速无冲击地将电容器接入电网，大大减小了投切时的冲击涌流和操作困难，所以从开关角度来看，晶闸管比传统断路器投切具有明显优势。通过对电容器组进行分相投切，实现了补偿效果快速、准确、无冲击、无过电压和避免无功倒送等功能、做到快速跟踪检测负荷变化和进行分相补偿。另外，晶闸管控制不需要机械开关开合所需的大控制电流，便于精简控制电源储能蓄电池容量。

补偿装置的组装形式可采用杆上式和落地式，架空线路采用杆上式安装，跌落式熔断器和避雷器直接装在杆子上，晶闸管投切电路和电容器组箱，单杆或双杆安装。控制电路、通讯电路、操作控制电源、蓄电池等另外组箱，安装在电杆较低处，便于检修操作。电缆线路使用的补偿装置采用落地式安装，可单独安装，也可与开闭所共室。分断设备可采用负荷开关加熔断器组合，其余部分与杆上式相同。

四、智能无功补偿的软件和通讯系统

智能无功补偿系统是以一条10kV线路为单元进行工作，他的服务对象就是一条10kV线路。将多条线路的控制功能做成一个系统，本系统可单独存在，也可集成在配网自动化系统或调度自动化系统中。本系统需采集的数据只有调度自动化系统里的各条线路的无功功率，经计算后，发出指令控制晶闸管的导通脉冲，实现无功补偿精确控制。对有多组补偿装置的线路，还需针对性的设定各组的投切顺序，这需要根据线路运行经验。电缆线路则可按照配网自动化系统反馈的开闭所潮流数据，精确实现各点补偿，从而减少配电线路上的无功流量。本系通讯依托已建成配网自动化系统，无上行数据，仅有少量下行数据。如尚未建成配网自动化系统，则可租用无线公网，接受下行指令，简单实现单系统运行。

五、结束语

总而言之，现代电力技术的发展速度较快，而电气智能自动化也成为了各国电力技术发展的主要方向，无功补偿技术属于现代电气自动化的主要助力之一，其不仅提高了电力供给中的效率，还有效控制了供电过程中各项设备的损耗。

参考文献：

[1]周振宇，中压配网无功智能补偿技术的探讨，科技与企业，2013.06.