智能电网中的无功补偿技术探讨

智能电网中的无功补偿技术探讨

张铁东

国网内蒙古东部电力有限公司科左中旗供电分公司 内蒙古 通辽 028000

摘要：配电网感性无功补偿装置主要安装在变电站的主变低压侧，就地补偿变电站范围内倒送的充电功率，以及将用户自然功率因数补偿到感性0.95[1]所需的无功；其中变电站范围内倒送的无功等于中压电缆充电功率减去变压器和线路的无功消耗。本文从变压器、线路、用户这3类元件的无功消耗机理出发，结合设备典型参数计算低负载时变压器无功消耗抵消的感性无功补偿度以及线路充电功率、用户高自然功率因数所需的感性无功补偿度，最终得到变电站主变低压侧感性无功补偿度。

关键词：电力自动化，无功补偿，智能技术。

引言:配电系统的性能好坏直接关系到所有用户的用电安全和供电质量。现代社会不但消耗的电量飞速增长，而且对于电能质量的要求也逐步提高。良好的供电质量不但能够保证配电网设备的安全稳定运行，对于工业和日常生活也有着重要的意义。在电力系统配电网中总会存在一些无功负荷，它们的存在会导致出现流动的无功功率，降低系统的功率因数，增大线路电压的损失，因此需要对配电网中电压进行无功补偿。传统的补偿调节方法对节点电压的调节效果差，因此设计一种配电网电压无功综合补偿负载不平衡电容调节方法。利用补偿当量确定补偿容量，提高配电网的多种运行指标，引入电容的调节算法配合电源共同调压，改变无功投入的容量就实现对电压的控制，进而实现电容复杂平衡。

1无功补偿原理

电力系统中，电流通常在感性元件与容性元件中间工作，两种元件之间的电流方向差距数值相差180°，两者各占据一半，其中感性元件呈现的是滞后90°；容性元件则是超前状态。因此，在电网中需要按照规定的比例对两者进行合理配置，这样双方的电流才能相互抵消，能量基于负载间实现相互交换，实现无功补偿的目的。容性与感性负荷装置是根据线路不同使用串并联的方式与电力系统进行间接的，其中容性负载和感性负载产生的无功功率分别是经由对方的补偿装置为其提供。配电网中的负载大多是感性元件，对此无功补偿就需要容性元件来实现。尽管电力系统设备可以输出无功功率，但是，输出的功率数额有一定限制，并且过长的传输距离，对于成本也是一项很棘手的问题。因此，无功功率缺失的额需要在配电网中去实现补偿。

2技术特征

智能无功补偿技术特征体现在三个方面：（1）电磁互感会影响设备电压，如现代电力设备以电磁感应原理为实现基础，而发电机组线圈在失去发电机组运行中，发电转子凭借磁感线切割运行生成交流电，此时设备就会受到电磁互感的直接影响；而变压器通过电磁感应实现电压传输；因此，在电网运行中设备电压会受电磁感应影响，从而造成对智能无功补偿的影响。（2）电能损耗受设备运行功率影响，如电力设备在电网运行中，其电阻抗、电容器、电容抗和电感器均会产生谐波，并生成无功功率，进而引发电力损耗；在谐波控制中需要应用智能无功补偿装置提高设备有功功率，降低其损耗。（3）无功功率与智能无功补偿紧密关联，即无功功率管理影响电力系统运行效率、质量，而进行科学管理则可以控制电网运行中的电压，达到调节功率因数目标，从而补偿无功功率。

3电力自动化中智能无功补偿技术的应用

3.1控制技术

在间接电流控制情况下可把STATCOM装置看做可控制的电压源，利用输出电压大小的控制以及与电网电压的相位差异来控制无功电流的大小，从而满足动态补偿的要求，一般应用到容量较大的STATCOM装置上来解决电流不容易控制的问题，缺点是会产生较多的谐波，需采用多电平技术或是多重化技术来降低谐波的产生。现在经常使用的间接电流控制方法有：控制装置的电压（交流侧）与电网电压间的夹角来满足电流控制的要求，此方法结构和操作都比较简单，但动态性能较差，对装置直流和交流侧电压的调节依赖性较大；利用电压（交流侧）与电网电压间的夹角和功率器件导通角的协作控制来实现电流控制要求，此方法优点是具有很高的调节精度，缺点是具有复杂的调节过程，易受影响。

3.2投切开关

以用途出发，确定投切开关的无功补偿装置功能，由于其重点在于控制设备断路实现对无功功率的抵消与降低，所以要分类型实施应用：（1）过零触发固态继发器类型与设备投切速度关联，速度快，对无功功率抵消率高且设备受损率低；速度慢，则相反。造成此现象的原因来自投切开关对电网的冲击而生成的谐波。（2）机电一体智能真空开关类型，主要是在低压真空条件下对电容器回路进行控制，不会产生电压差，设备受损率低。效果优于过零触发固态继发器类型。（3）机电一体复合型智能开关类型，它由改造过零触发固态继发器类型而来，主要是通过并联交流接触器与固态继电器实现，本质上属于优势联合，能够保障投切速度高、设备受损率低的应用效果。（4）实际应用中要求以电力系统综合为主，按照类型、特点、优势进行合理选用。

3.3无功补偿方式

无功补偿的主要是通过变电站实现各种补偿方式，变电站基于10kV线路，为其配置进行无功补偿装置。其中集中补偿基于上级进行，对于下级配电无法进行有效补偿。这时,需要使用低压集中补偿，在用户负荷出现波动的情况下进行跟踪补偿，减少电网损耗，但是,其补偿额往往不够精确，无法准确掌握补偿量。杆上线路补偿是基于架空线路的装置，操作简单，也便于维护，但是,会受到外界环境因素影响，为了避免出现过度补偿或者轻载现象，通常不设置分组。用户终端分散补偿是一种就近补偿的装置，通常设置在电动机或者其他电力设备边上，比较适合中小型设备，产生的补偿点呈现分散状态，无法实现集中管理，并且非常容易受到负荷影响，整体补偿效率较低。

3.4技术选择

首先，根据补偿方式的不同，需要在电力自动化中智能无功补偿技术应用中，按照不同方式的应用条件进行选择，要求应用目标与实际需求相符合。其次，由于三相交流电在电力系统自动化电网与电力设备运行中，存在不平衡问题，差异相对悬殊，所以，选择时应该遵循以下条件：（1）在分散补偿和集中补偿结合条件下，侧重于前者。（2）固定补偿和调节补偿结合条件下，侧重于前者。（3）低压补偿与高压补偿结合条件下，侧重于前者。（4）受电力设备复杂性影响，应该参考其功率与承担的最大荷载，可以根据固定补偿技术、动态补偿技术结合方式抵消其中的无功功率，其优势在于增强补偿的灵活性，降低成本投入；同时，通过动态补偿技术增强设备检测功能、增强对其无功功率的跟踪补偿、最终达到电力系统运行效率与无功补偿效率的双重提升。

结束语

针对缺乏感性无功补偿而在负荷低谷时期出现的无功倒送等问题，本文适时提出一套感性无功配置方案，从配电网无功产生源头出发分析研究变电站感性无功补偿容量。运用该方案能够合理估算设备的无功消耗值，建立起配电网无功平衡的模型，无功配置策略更为细化更加直观，进而经济有效地指导配电网进行无功补偿。

参考文献

[1]原立群,动态无功连续补偿滤波装置的优化研发.天津市,天津威瀚电气股份有限公司,2019-10-24.

[2]曾文梅.电工电子技术在无功补偿自动控制中的运用[J].现代工业经济和信息化,2018,8(18):78-79.

[3]于荃.低压配电线路无功补偿装置治理技术[J].中国新技术新产品,2018(24):45-46.

[4]黄亚东.基于STATCOM的配电网无功补偿技术研究[J].信息系统工程,2018(11):108.

[5]顾炜杰,方鑫勇,孙东方,王杨,李仕杰.10kV配电网无功补偿技术的应用和要点[J].电子技术与软件工程,2018(21):207.