配电网无功电压补偿优化及智能控制设计分析

武春艳

摘要：近年来，在社会发展下，人们对电力行业的要求不断提高。目前，配电网传输无功功率造成电能损失和电压损失，设备利用率也相应降低，必须采取行之有效的无功补偿方式，来提高功率因数，保证电压质量，实现降损节能，增加设备有功容量，提高输变送能力。本文对配电网4种无功补偿方案进行了技术比较。根据配电网的实际情况，将4种无功补偿方案结合起来使用，可以获得最好的技术和经济效益。

关键词：配电网;无功补偿;电容器;优化

引言

配电网分为众多类别，在人们的生产和生活中，有一些关于高压配置的事物，当然也存在着一些中低压配置电网，相关人员不能因为是中低压就忽略它，相反，应该给予同样的重视。文章想要告诉大家的就是和低压配电网有关的问题，主要是通过对低压配电网的详细叙述展开研究，让大家对配电网有一个系统的了解，然后针对其中的一些问题进行方案的提出和解决，这样就可以在一定程度上促进相关电力的更好配置，减少意外现象的发生。

1无功补偿设备分析

1.1同步调相机。同步调相机是唯一的有源无功补偿设备，一般都装有电压检测装置，通过对反馈信号的处理自动调节励磁电流，以使其平滑的在过励磁和欠励磁两种运行状态间过渡，在过励磁状态下，向系统中注入无功;在欠励磁状态下，吸收系统中过剩的无功。同步调相机具有有源无功补偿设备独特的优势，即可以根据需要，任意平滑调整输出无功的值，以维持电压稳定。但旋转设备运行维护成本高且复杂，又会产生大约1.5%～5%有功损耗，且容量越小，比重越大。故同步调相机宜大容量集中使用。作为传统的无功补偿设备，同步调相机也因其较慢的响应速度越来越不适应电网的高速发展，因此，其补偿容量的比重呈逐年减少的趋势。

1.2静止电容器。静止电容器可按三角形或星形接线方式连接在低压变电所母线上。静止电容器用作无功补偿设备，其最大的劣势是只能向系统中注入无功功率，对电压进行单方向的调节，即当系统电压因故降低时，补偿无功反而减少，会造成系统电压的进一步下降，这也是无源无功补偿设备无法克服的缺点。但由于静止电容器结构简单，使用方便，可根据需要分组投切，即可集中又可分散使用等优点，在电力系统各低压母线以及工厂企业等需要提高功率因数的地方广泛采用。

1.3静止无功补偿器。静止无功补偿器是在静止电容器的基础上发展而来的，考虑到静止电容器只能向系统供给无功的特点，将电抗器与其配合使用，达到既能发出又能吸收无功的目的，是目前最具发展潜力的无功补偿设备。应用最广泛的三种类型分別为晶闸管控制电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC），饱和电抗器型（SR）。晶闸管作为典型的半控型电力电子器件，可根据实际需要，通过控制回路实现弱电对强电的控制，控制方式灵活，应用于无功补偿设备之后，可使电压的调整更加动态、迅速和平滑，在该领域研究晶闸管的控制方式也已成为研究区域配电网无功补偿的热点。

2配电网无功电压智能控制设计

2.1分组补偿

分组补偿是将电容器组按低压配电网的无功负荷分布情况，分组装设在相应的母线上，或者直接与低压干线相连接，形成低压电网内部的多组分散补偿方式。如对工厂车间来讲，就是将电容器组分别安装在各个车间的配电箱处，可以就近补偿用电设备所消耗的无功功率。由于这部分补偿的无功功率不再通过主干线以上线路输送，从而使变压器和配电主干线路的无功功率损耗相应地减少，因而分组补偿比集中补偿降损节电效益显著。尤其对于用电负荷点较多.而且距离较远的低压配电网，这种补偿效益更高。此外，这种补偿方式的节电效果还与补偿地点和补偿容量的选择有关。

优点：

（1）分组补偿有利于对配电变压器所带的无功进行分区控制，实现无功负荷就地补偿，就地平衡，减少无功功率在变（配）电所以下配电线路中的流动，使线损显著降低。（2）对于实行考核用电指标办法的用户，分组补偿有利于加强无功电力管理，提高功率因数，降低产品单耗和生产成本。（3）由于大多数负载是随时间、随季节变化的，采用分组或自动补偿较好。分组电容器的投切可随总的负荷水平而变化，其电容器组利用率较单机补偿高，所需容量也比个别补偿少;分组补偿也比单台电动机补偿易于控制和管理，但不如集中补偿管理方便。

不足：

（1）如果装设的电容器不能分组，则补偿容量无法调整。运行中可能出现过补偿或欠补偿;（2）对补偿点以下线路无降损作用。（3）如果只进行分组补偿，则用户变压器消耗的无功功率必须由车间电容器组向上倒送（或由电网输送），显然效果是不好的。（4）分组补偿方式的一次性投资大于集中补偿方式。

2.2智能控制系统

在具备性能优良智能控制系统的基础之上，配电网的无功补偿才能被赋予动态化的特点，根据实时监测数据对无功补偿设备的运行状态进行调节，以匹配配电网对无功补偿的需求。智能控制系统的应用可充分利用配电网运行过程中产生的各类数据信息，最大程度的提升电网运行电压质量，降低供配电成本。考虑到配电网结构复杂的特点，其智能控制系统的设计应尽量使拓扑结构清晰、直观，以便数据的观察和获取。当智能控制系统运行时，可自动连接并访问数据库，执行数据查询、调取、处理等动作，并提供数据后台应用功能。例如以下控制系统设计方案，该系统已经投入使用，无功补偿效果显著，可供行业借鉴参考：系统共下设6个子模块，采用QT语言进行系统编程，赋予各模块相应的功能。SCADA系统负责采集配电网运行过程中的电压、电流、功率等信息，储存在数据库当中。服务器从数据库获取相关信息并进行计算，根据计算得出的结果给出调整命令，再通过专门的数据库将指令反馈给SCADA并做出动作。安装于配电网个节点处的补偿设备获取补偿数据，通过数据分析，得出配电网线路补偿设备的调整命令，设备再根据这些命令调整自身运行参数。

2.3实时动态补偿

离线补偿策略对无功进行的补偿是建立在无功年均值的基础上的，而系统的无功负荷波动是经常性、无规律可循的，为了实时响应系统负荷变化，维持无功平衡，就要进行实时动态补偿。为达到实时动态补偿的效果，就要求电力调度室实时采集低压终端电参数，经分析处理，转化为执行命令，远程控制终端无功补偿设备进行实时补偿的调整，以平滑的调整电压。因此，要求调度室的计算机系统要有强大的计算能力，通信畅通无故障。

结语

本文分析了四种配电网无功补偿方式，尽可能减少无功在网内的流动规模，尽量做到就地补偿，就地平衡，同时兼顾补偿的节电效益和投资成本是我们选用补偿方式的原则。集中补偿和分组补偿应视具体情况而定，两种补偿方式共用，互为补充，效果更好。个别补偿应有限采用。在配电网进行电容器无功补偿、提高功率因数和搞好无功平衡，是一项建设性的降损技术措施。目前，配电网的无功补偿容量一般是根据供电部门给定的要求达到的功率因数来确定的，而不是依据用户用电时实际的节能效益和电能质量最佳、支付电费最小的经济功率因数来确定。如何确定无功补偿设备的合理配置和分布，需寻找技术上和经济上的最优方案。

参考文献

[1]张文琼，戈狄，赵兴华.许昌地区无功电压合格率偏低的原因及对策[J].农村电工，2018（06）.

[2]陈章潮，林桂钱.地区电网的无功电压规划和运行的优化方法研究[J].中国电力，2019（03）.

[3]董萍，徐良德，刘明波.多站点无功补偿装置的多目标协调控制[J].中国电机工程学报，2014，34（04）：587-595.

[4]王宝安，金丽莉，罗亚桥等.基于磁控电抗器的动态无功补偿装置[J].电力自动化设备，2010，30（04）：97-100.