隨著我國用電需求和電力設(shè)備的增加，對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)中安裝無功補償裝置是提高電能質(zhì)量和降損的重要手段。而電力電力電子技術(shù)、智能化系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展也為無功智能補償技術(shù)的應用提供了保障。本文闡述依托配電自動化技術(shù)和使用晶閘管投切的智能無功補償技術(shù)。
一、加強電網(wǎng)無功補償?shù)闹匾饬x
隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對電力的需求日益增長，同時對供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于電網(wǎng)負荷的不斷變化，會造成系統(tǒng)的無功分布不合理，甚至可能出現(xiàn)局部地區(qū)無功不足、電壓偏低的情況。電力系統(tǒng)無功分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)自身運行的安全性和經(jīng)濟性。
電力系統(tǒng)配置的無功補償裝置應在系統(tǒng)有功負荷高峰和負荷低谷運行方式下，保證分層和分區(qū)的無功平衡。無功補償配置應根據(jù)電網(wǎng)情況，從整體上考慮無功補償裝置在各電壓等級變電站、10kV及以下配電網(wǎng)和用戶側(cè)配置比例的協(xié)調(diào)關(guān)系，實施分散就地補償與變電站集中補償相結(jié)合，電網(wǎng)補償與用戶補償相結(jié)合，高壓補償與低壓補償相結(jié)合，滿足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的需要。
目前應用于配電網(wǎng)無功補償?shù)闹饕绞接幸韵聨追N：
1、變電站集中補償：主要目的是平衡輸電網(wǎng)的無功功率，改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)終端變電所的母線電壓，補償變電站主變壓器和高壓輸電線路的無功損耗。變電站集中補償一般和主變調(diào)檔一起用VQC系統(tǒng)進行自動控制。區(qū)域內(nèi)多個變電站的無功補償裝置聯(lián)合起來可組成區(qū)域電壓無功自動控制系統(tǒng)(AVC)。
2、低壓集中補償：一般指在公用變的低壓側(cè)進行集中并聯(lián)電容器補償。根據(jù)公變負荷水平的波動投入相應數(shù)量的電容器進行跟蹤補償。它主要目的是提高公用變的功率因數(shù)，實現(xiàn)無功補償?shù)木偷仄胶?，對降損有積極作用，同時也有助于保證該用戶的電壓水平。
3、用戶終端分散補償：一般指在100kVA轉(zhuǎn)變用戶低壓側(cè)進行集中并聯(lián)電容器補償。原理與作用和公用變低壓集中補償一樣。因用戶側(cè)的力率考核以月電量計算平均功率因素，故其無功補償以補電量為主，瞬間往往會出現(xiàn)欠補或過補，不能實現(xiàn)實時無功平衡。
4、桿上無功補償：由于配電網(wǎng)中很多小容量的公用變、100kVA以下的專用變、小容量的低壓動力用戶都沒有進行低壓補償，由此造成很大的無功缺口需要由上級變電站來填，使得在配電線路上存在大量的無功傳輸。
前面提到的四種補償方式，前三種均采用了根據(jù)功率因素實時分組投切的自動控制技術(shù)。其補償?shù)哪康亩际菍崿F(xiàn)本級變壓器實現(xiàn)就地無功平衡，對于網(wǎng)絡(luò)或線路上的無功缺失無能為力。第四種補償方式能實現(xiàn)這個要求，但現(xiàn)階段采用的桿上無功補償均采用固定容量全時段投入的方式，不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求實現(xiàn)自動投切，達不到全時自動補償?shù)哪康摹１疚臄M探討如何實現(xiàn)在中壓配電線路上進行智能無功補償。
二、智能無功補償?shù)幕驹瓌t
1、線路補償點的選擇
在 10kV線路上進行并聯(lián)電容器補償，如果補一組，一般安裝在線路長度的2/3處，如果補二組，一般安裝在線路長度的2/5和4/5處，如果補三組，一般安裝在線路長度的2/7、4/7、6/7處，具體安裝地點可視線路正常運行情況下無功潮流而定。由于本文討論實現(xiàn)自動控制，因此多組安裝效果好于單組安裝。建議有條件的按照二至三組進行配置，一般不宜大于三組。
2、補償容量的確定
各條10kV線路狀況千差萬別，補償容量應根據(jù)各線路特性單獨制定，而不應該簡單的按照線路安裝變壓器容量確定。可以調(diào)用調(diào)度自動化系統(tǒng)中的無功曲線進行分析，以補償?shù)綗o功曲線基本平直為準，不應出現(xiàn)無功到送。以此確定補償?shù)目側(cè)萘浚缓蟾鶕?jù)曲線的具體情況和線路的無功分布情況，確定分幾組，以實現(xiàn)在時間段和線路分段上的就地平衡。如線路無功平均分布，則補償容量平均分配;線路無功以某段為多，則重點補某段。盡量做到靠近無功負荷中心，實現(xiàn)就地平衡。如無功曲線出現(xiàn)明顯的臺階，則容量參考臺階確定，以實現(xiàn)不同時段的完美補償，比如峰谷時段的巨大差距。
三、智能無功補償?shù)挠布x擇與組裝形式
本智能無功補償系統(tǒng)擬采用的主要線路設(shè)備為跌落式熔斷器、避雷器、晶閘管投切電路、電容器。
保護從簡配置，采用跌落式熔斷器和避雷器作為過電流和過電壓保護，按照常規(guī)選擇即可。此處重點討論晶閘管作為電容器投切開關(guān)的好處。當使用斷路器將電容器投入電網(wǎng)時，一方面有可能產(chǎn)生拉弧等現(xiàn)象，這種拉弧會減少斷路器的動作次數(shù)，不能頻繁投切;另一方面由于機械斷路器觸頭動作時間的分散性，難以實現(xiàn)同步，不可避免地產(chǎn)生過渡過程，會造成系統(tǒng)振蕩，特別是頻繁投切斷路器會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。使用晶閘管作為開關(guān)，與機械投切電容器相比，晶閘管開關(guān)是無觸點的，它的操作壽命幾乎是無限的，而且晶閘管的投切時刻可以精確控制，能夠快速無沖擊地將電容器接入電網(wǎng)，大大減小了投切時的沖擊涌流和操作困難，所以從開關(guān)角度來看，晶閘管比傳統(tǒng)斷路器投切具有明顯優(yōu)勢。通過對電容器組進行分相投切，實現(xiàn)了補償效果快速、準確、無沖擊、無過電壓和避免無功倒送等功能，做到快速跟蹤檢測負荷變化和進行分相補償。另外，晶閘管控制不需要機械開關(guān)開合所需的大控制電流，便于精簡控制電源儲能蓄電池容量。
補償裝置的組裝形式可采用桿上式和落地式，架空線路采用桿上式安裝，跌落式熔斷器和避雷器直接裝在桿子上，晶閘管投切電路和電容器組箱，單桿或雙桿安裝。控制電路、通訊電路、操作控制電源、蓄電池等另外組箱，安裝在電桿較低處，便于檢修操作。電纜線路使用的補償裝置采用落地式安裝，可單獨安裝，也可與開閉所共室。分斷設(shè)備可采用負荷開關(guān)加熔斷器組合，其余部分與桿上式相同。
四、智能無功補償?shù)能浖屯ㄓ嵪到y(tǒng)
智能無功補償系統(tǒng)是以一條10kV線路為單元進行工作，他的服務對象就是一條10kV線路。將多條線路的控制功能做成一個系統(tǒng)，本系統(tǒng)可單獨存在，也可集成在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)或調(diào)度自動化系統(tǒng)中。本系統(tǒng)需采集的數(shù)據(jù)只有調(diào)度自動化系統(tǒng)里的各條線路的無功功率，經(jīng)計算后，發(fā)出指令控制晶閘管的導通脈沖，實現(xiàn)無功補償精確控制。對有多組補償裝置的線路，還需針對性的設(shè)定各組的投切順序，這需要根據(jù)線路運行經(jīng)驗。電纜線路則可按照配網(wǎng)自動化系統(tǒng)反饋的開閉所潮流數(shù)據(jù)，精確實現(xiàn)各點補償，從而減少配電線路上的無功流量。本系通訊依托已建成配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，無上行數(shù)據(jù)，僅有少量下行數(shù)據(jù)。如尚未建成配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，則可租用無線公網(wǎng)，接受下行指令，簡單實現(xiàn)單系統(tǒng)運行。
五、結(jié)束語
電網(wǎng)無功補償是一項建設(shè)性的技術(shù)措施，對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行有重要作用。隨著科技的快速發(fā)展進步，智能電網(wǎng)全面建設(shè)，各種新技術(shù)、新設(shè)備在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，未來的無功補償技術(shù)將會更加經(jīng)濟有效。因此要更加重視無功補償與新技術(shù)新設(shè)備的結(jié)合，提高電網(wǎng)經(jīng)濟運行能力。
