配电网智能无功补偿装置的设计

张军++张健++杨凤文++韩蓬++王坤++陈宁

摘 要

随着智能化电网的建设，加速了无功功率的需求量，但是，无功功率在电网中的传输，会造成电能的损耗，降低电能的使用率并影响用户端的用电质量，因此，有必要在电网中增加无功补偿装置来实现无功功率的有效传输。本文分析了无功补偿的原理和目的，针对当前低压无功补偿的现状，给出了智能无功补偿装置的设计方法，试图为之提供行之有效的可行性建议。

【关键词】配电网 无功补偿 装置 设计

本文对现有智能无功补偿装置的不足，结合配电网的特点，设计包含两组电容器的动态无功补偿装置，采用计算机技术实现自动控制，能够有效弥补传统无功补偿装置的不足，同时两组电容器共用一套保护装置，采用GPRS进行实时无线通信，将所采集的数据信号传输给上位机，有效地解决了长距离新路传输不稳定的问题。

1 无功补偿理论及技术评价

无功功率（reactive power）主要是指电场中，用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率，凡是有导线的电气设备，要建立磁场都需要消耗无功功率。通常情况下，用电设备需要从电源侧获取无功功率。一旦电网中的无功功率需求量增加，用电设备就无法获取足够的无功功率来建立电磁场，从而影响用电设备的正常运行，而且还会加大电力线路的电压损失。由此可见，无功功率对供电系统中有着非常重要的作用，需要我们借助无功补偿技术可以有效的降低供电变压器及输送线路的损耗，有助于提升电能的使用效率。在无功补偿技术方面主要采用的是同步调相机和并联电容器，同步调相机属于旋转设备，在动态补偿过程中会产生较大的损耗好噪声，技术方面比较落后，而并联电容补偿方式则较为灵活，但是只能补偿固定无功，目前在我国较为常见。

对于无功功率的补偿原理，主要是针对感应电动机和变压器，通过减少无功功率的需求量来提高电气设备的自然功率因素。通常情况下，感应电动机和变压器在空载或者轻载时具有较低的功率因数和效率，所以必须要限制或者避免感性负载的空载或者轻载运行。可以通过适当控制运行电压来减小无功用电，提高功率因数。无功补偿装置是供电企业常用的降低线损措施，该技术主要借助无功补偿设备提供一定的无功功率，从而提升配电网系统的功率因数，降低电能损耗。无功补偿技术投资少，见效快，而且能够有效地改善电网电压的质量。

2 智能无功补偿技装置的设计

在智能无功补偿装置优化设计过程中，需要满足高质量的电压，确保配电线路及用户侧所有的运行电压在额定值附近，功率因素和各，对工企业以及用户的功率因素进行考核，灵敏度满足要求，在保证电压和功率因素正常的情况下还应该对灵敏度进行校验，尽量减小网络损耗。本文研究的配电网智能无功补偿装置采用一体化式设计，具体包括高速主控芯片、快速采集主板、GPRS无线数据传输至上位机控制系统、控制系统需要支持扩展的九区图数据模块。一体化补偿装置可以实现两组并联电容器进行控制。下面就对智能无功补偿装置的设计进行详细分析：

2.1 硬件设计

配电网智能无功补偿装置的硬件设计主要以检测和控制为目标，系统主控制单元以智能单片机为核心，完成对配电网线路损耗的采样、计算、输出、自检以及通信传输等功能。控制器则主要包括由智能单片机为核心的控制单元，对电网电压和电流进行采样的数据单元，数字相位计单元，执行驱动器单元，键盘和显示单元以及通信单元组成。其中，键盘是用来设定智能无功补偿装置控制参数的，例如电压极限，功率因数等，可以选择手段运行或者自动运行方式。控制器带有标准的RS232串行通讯接口，可以和上位机进行轻松互联。数据采集通道是完成电平转换隔离，量值检测的输入通道，来自互感器的交流电压、电流信号经过数字相位仪进行相位比较获取相位差。

2.2 软件设计

配电网智能无功补偿装置的软件主要是一種实时功能处理软件，能够迅速的回复指令和发送控制信号。在该设备中，智能单片机软件采用C196语言进行编写，采用模块化设计，具体包含主程序模块、采集程序模块、各种电量的计算程序模块、键盘显示程序模块以及通信程序模块等。配电网智能无功补偿装置在实际运行过程中，先进性自检和初始化工作，然后开放串行中断，扫描键盘，进入处理模块，进行参数设定。最后采集电流、电压数据并进行计算，并将计算数据上传至控制系统。通过客户端系统界面，能够准确清晰的反应电网线路以及电气设备的运行状态，为工作人员提供准确的数据信息。同时，还实现配电网无功优化补偿以及调度优化、配电网理论损耗、补偿电容器最优配置与运行故障预警功能。

3 总结

综上所述，线损是供电企业技术水平考核的重要指标，线损水平的好坏能直接反映一个供电企业的技术水平和管理能力，因此在现代化电网建设过程中，降低电能损耗就成为人们关注的焦点问题。本文主要分析了配电网智能无功补偿装置的优化设计，首先就无功补偿的基本原理进行简要阐述，然后对智能无功补偿装置的软硬件设计进行了详细分析，为日后的研究提供理论基础。

参考文献

[1]李科丛，于雪庭.10kV配电网无功补偿优化与应用分析[J].科技创新导报，2015（05）.

[2]刘晓松.配电网无功补偿技术及其应用分析[J].电子制作，2014（16）.

[3]陆阳，李航程，郑海良，杨伟炳.配电网无功补偿现状分析与应用研究[J].硅谷，2013（23）.

作者简介

张军（1970-），男，大学本科学历。现为国网山东节能服务有限公司高级工程师，从事电力系统及自动化方向的研究。

作者单位

国网山东节能服务有限公司 山东省济南市 250001