淺談電力自動(dòng)化無功補(bǔ)償技術(shù)

張偉杰

引言：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)、配電臺(tái)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。

一、傳統(tǒng)的低壓無功補(bǔ)償技術(shù)

（一）采集單一信號(hào)，采用三相電容器，三相共補(bǔ) 這種補(bǔ)償方式適用于負(fù)荷主要是三相負(fù)載（電動(dòng)機(jī)）的場(chǎng)合，但假如當(dāng)前的負(fù)載主要為居民用戶，三相負(fù)荷很可能不平衡。那么各相無功需量也不同，采用這種補(bǔ)償方式會(huì)在不同程度上出現(xiàn)過補(bǔ)或欠補(bǔ)。

（二）投切開關(guān)多采用交流接觸器 其缺點(diǎn)是響應(yīng)速度較慢，在投切過程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短。

（三）無功控制策略 控制物理量多為電壓、功率因數(shù)、無功電流，投切方式為：循環(huán)投切、編碼投切。這種策略沒有考慮電壓的平衡關(guān)系與區(qū)域的無功優(yōu)化。

（四）通常不具備配電監(jiān)測(cè)功能

二、智能無功補(bǔ)償技術(shù)分析

（一）補(bǔ)償方式

1.固定補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合 隨著社會(huì)的發(fā)展，負(fù)載類型越來越復(fù)雜，電網(wǎng)對(duì)無功要求也越來越高，因此單純的固定補(bǔ)償已經(jīng)不能滿足要求，新的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)能較好地適應(yīng)負(fù)載變化。

2.三相共補(bǔ)與分相補(bǔ)償相結(jié)合 新的設(shè)備尤其是大量的電力電子、照明等家居設(shè)備，都是兩相供電，電網(wǎng)中三相不平衡的情況越來越多，三相共補(bǔ)同投同切已無法解決三相不平衡的問題，而全部采用單相補(bǔ)償則投資較大。因此根據(jù)負(fù)載情況充分考慮經(jīng)濟(jì)性的共分結(jié)合方式在新的經(jīng)濟(jì)條件下日益廣泛應(yīng)用。

3.穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與快速跟蹤補(bǔ)償相結(jié)合的補(bǔ)償方式是未來發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。主要是針對(duì)大型的鋼鐵冶金等企業(yè)，工藝復(fù)雜、用電量大、負(fù)載變化快、波動(dòng)大，充分有效地進(jìn)行無功補(bǔ)償，不僅可以提高功率因數(shù)、降損節(jié)能，而且可以充分挖掘設(shè)備的工作容量，充分發(fā)揮設(shè)備能力，提高工作效率，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益大。

（二）采用先進(jìn)的投切開關(guān)

目前采用的投切開關(guān)主要有以下幾種。

1.過零觸發(fā)固態(tài)繼電器 其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，在投切過程中對(duì)電網(wǎng)無沖擊、無涌流，壽命較長，但有一定的功耗和諧波污染，目前運(yùn)用比較普遍。

2.機(jī)電一體化智能復(fù)合開關(guān) 該開關(guān)是由交流接觸器和固態(tài)繼電器并聯(lián)運(yùn)行，綜合兩種開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了快速投切，又降低了功耗。目前主要由于成本及可靠性原因應(yīng)用較少。

3.機(jī)電一體化智能型真空開關(guān) 該開關(guān)采用低壓真空滅弧室及永磁操作機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)電容過零投切，還可適應(yīng)電容器串聯(lián)電抗器回路的投切，壽命長，可靠性高，目前正在實(shí)現(xiàn)商品化。

（三）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?？稍O(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。

（四）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)治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)行提供可靠的治理依據(jù)，是配電電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本組成部分。主要功能：

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配變?nèi)鄶?shù)據(jù)：電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率（1～3次諧波）；

累計(jì)數(shù)據(jù)記錄、整點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)記錄功能，累計(jì)計(jì)量有功、無功電量；

查詢統(tǒng)計(jì)分析功能并根據(jù)輸入條件生成各種報(bào)表、曲線、棒圖、餅圖。

一般都配有相關(guān)的后臺(tái)處理軟件，大多數(shù)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)操作與數(shù)據(jù)共享。

（五）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。

（六）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。

（七）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)用戶要求非凡配置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。具體通信方式有以下幾種，或是其一或是多種方式的結(jié)合。

手工抄表：有線、無線、電卡等多種抄表方式。

直接通信：與配電自動(dòng)化系統(tǒng)接口，為用戶提供了多種解決方案以適應(yīng)不同的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)與子站或主站的直接通信。

與FTU的通信：可通過FTU實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)采集，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳并與配電自動(dòng)化系統(tǒng)接口與集抄系統(tǒng)的通信，通常采用載波或直聯(lián)。

（八）模塊化結(jié)構(gòu)

當(dāng)前應(yīng)用較廣的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將電容器、投切開關(guān)、保護(hù)集成在一個(gè)單元內(nèi)，形成多種容量規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化單元，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與功能的模塊化形成滿足不同用戶要求的系列產(chǎn)品，同時(shí)還便于各種裝置在使用現(xiàn)場(chǎng)的維修與調(diào)整。

三、小結(jié)

總之，隨著科技的快速發(fā)展進(jìn)步，高科技企業(yè)的增加，電力企業(yè)在如何更好地滿足用戶不斷提高的需求的同時(shí)，還要對(duì)用戶電網(wǎng)進(jìn)行更全面的治理、監(jiān)控，在這個(gè)過程中，將有各種新技術(shù)、新設(shè)備發(fā)展起來，未來的無功補(bǔ)償技術(shù)將會(huì)更加經(jīng)濟(jì)有效。