变电站无功补偿技术探讨

1、pool变电站无功补偿技术探讨覃仕盈528100佛山市三水区通利达电力设计有限公司广东省佛山市【摘要】改革开放以来，我国的经济得到了迅速的发展， 社会主义市场经济体制 得到不断的完善，科学技术得到不断的突破，不仅仅大大的改善了我国的经济发 展状况，改善了我国的经济发展结构，也极大的带动了电力事业的发展， 伴随着 社会主义经济的全面繁荣发展，我国对电力的需求量也大大增加， 对供电，配电 水平和质量有了更高的要求。但是，由于我国的电力事业发展起步较晚， 虽然发 展迅速，但是依然存在着很多问题，在快速发展的途中，面临着来自各个方面的 干预和限制，使得我国的变电站依旧存在着很多缺陷和不足。 比如目前变

2、电站普 遍存在着供电半径长、电压质量差、功率因数低、无功功率分配不合理等状况。 本文主要介绍了变电站的无功优化系统以及优化策略，在此基础上详细阐述了无功补偿技术的软硬件设计，以提高发输电设备的利用率，降低电力系统设备的损 坏和有功网损，减少能耗和发电费用。笔者将结合多年的电力事业工作研究经验， 从变电站无功补偿的概念、作用以及其实现的手段做出分析，探究变电站无功补 偿技术的设施要点，分别从软件设计和硬件设计等方面做出分析探究。【关键词】变电站，无功补偿，技术探讨中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A文章编号：.、八、-一. 刖言经济发展和城乡电网改造带动了我国工农业生产用电规模的不断扩大

3、， 随之 出现了用电量与日俱增、用电结构逐步趋于复杂多样的状况， 使得电力供需矛盾 越来越突出。变电站(Substation )是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者 调整电压。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，变电站主要分为：升 压变电站、主网变电站、二次变电站、配电站。我国现有的变电站普遍存在着供 电半径长、电压质量差、功率因数低、无功功率分配不合理等状况，且配电系统 中存在大量的感性负荷，导致配电系统运行中的大量无功功率消耗， 系统功率因 数降低，线路电压损失增大，电能损耗增加，输配电设备效率降低。还有一些冲击性无功负荷使用中产生电压的剧烈波动也增大了网损和线损，严重影响

4、了电网供电质量，降低了电力系统运行的经济性。二. 无功补偿的概念及其特点1 无功补偿及作用无功补偿是指为满足电力网和负荷端电压水平及经济运行的要求，必须在电力网和负荷端设置的无功电源，如电容器、调相机等。我国的电力事业起步较晚，虽然这些年发展十分迅速，但是从整体而言，发 展不均衡，区域差别大，同时，在电力网络逐渐完善的过程中，长期存在着一个 弊端，那就是我国的变电站很多时候都存在着无功补偿的容量不足，且在此过程中配备缺乏规范性，造成配备不合理的现象，虽然电力设备和相关的技术在近些 年得到了更多的重视，技术有了突破，设备也有了更新，但是，一些关系到核心 技术的快速响应设备依旧严重缺乏。 伴随着我

5、国城乡经济的全面发展，大功率的 非线性负荷量也大幅度增加，整个电网在运行过程中，面临的无功冲击和各种谐 波污染情况也越来越严重，由于无功调节的手段缺乏，或者是调节效率低下，母 线的电压变化很大，电压合格率较低，同时，电网的配电系统中的线损率逐渐上 升。实施无功补偿可以很大程度的让整个电网中的电压更加稳定，既可以让整个电网系统的安全防护战略得到贯彻落实，也能够使得电网的运行更为安全稳定， 如此，便推动了整个电网的运行质量，使得电网中的电能质量得到提升， 使得整 个系统运行状况得到改善。2 无功补偿的特点异步电动机、变压器等电感性负荷是占用无功功率最多的设备。异步电动机占60%左右；变压器占20%

6、左右；整流设备、电抗器及架空供电线路等占 20% 左右。因此，可以得出结论，无功功率主要消耗在异步电动机、变压器和架空供 电线路中。为了补偿企业供用电设备所需的无功功率， 采用静态或动态无功补偿 方式，提高企业的用电功率因数，使企业的供用设备经济合理运行。三. 变电站无功补偿的实现和系统优化1. 动态无功补偿目的和实施手段对于传统的无功补偿，当变电站系统的无功负荷较大或功率因素较低时， 我们通过投入电容器来提供无功容量，目的是为了在满足电压的条件下，提高系统 的功率因素，降低线损。但是，当变电站处于低负荷运行时，往往会出现两难的 情况，一方面由于无功功率相对较大，造成功率因素较低，当投入一组电

7、容器后， 由于电容器组的容量相对较大，往往会出现过补偿的情况，功率因素无法提高， 没有达到降低线损的目的。为了解决这一矛盾，我们在每段10kV母线接入一组可调磁控电抗器，当出现电容过补偿的情况时，通过调节可调磁控电抗器吸收过 量的无功，这样可使系统的无功降到最小，功率因素尽可能提高。（一）通过独立的装置实现动态无功补偿调控在变电站内实施动态的无功补偿控制，就难以离开无功补偿控制器以及相关 的控制配套设施，要在无功补偿控制器和相关配套设施的共同作用下去实现这一 目的。一般而言，无功补偿控制器会对变电站内部的一些数据进行采集，比如站内10kV电压、一些主变的无功功率，电容器的开关位置等。通过对这些

8、数据的 采集，结合操作人员的设定值，控制策略，或者是机械设备的设定值，实现对电 容器、电抗器、分接开关等实施自动控制，在这种情形下，一般而言，变电站内 部一些其他系统对这些装置和构件的自动控制要处于关闭或者是断开状态。（二）动态无功补偿装置与站内的综自系统配合实现动态无功补偿调控 动态无功补偿方式由无功补偿控制器通过站内的综自系统来实现对主变档位、电容器的开关进行控制，电抗器的触发角仍由无功补偿控制器通过可控硅触 发器控制。站内10kV电压、各主变的有功和无功功率、主变档位、电容器的开 关位置由综自系统送出到无功补偿控制器， 无功补偿控制器通过逻辑判断后，把 结果送综自系统执行。采用这种控制方

9、式时，必须在无功补偿控制器与调度自动 化系统之间设置对主变档位遥调和电容器开关遥控的闭锁功能，同一时刻只能由一方控制。当无功补偿控制器投入闭环运行时，将自动闭锁调度自动化系统的远 方和当地对主变和电容器的控制功能。2. 变电站无功优化系统以电力调度自动化程度提高、通道可靠性增强及变电站设备遥控功能的成熟 完善为基础条件，建立基于调度自动化 SCADA系统的全局无功电压优化集中控 制系统，使系统能够实时展示和评估所有无功补偿设备的分布情况、工作情况和投切状态，实现配电网电压无功优化运行与设备动作次数适实调节的最佳组合， 以保证电网运行的稳定性、安全性与经济性，进而保证用户电气设备的安全使用 和充

10、分利用。系统通过采用新技术手段与科学计算方法，将潮流计算与灵敏度分析相结 合，合理选择无功补偿点以及补偿容量， 合理分布电力系统无功潮流，形成最优 无功优化控制策略，进行配电网区域无功优化，以实现全网范围内的无功补偿， 降低网损线损，减少设备动作次数，提高系统电压稳定性、功率因数及电能质量。四. 变电站无功补偿技术探讨1. 智能化无功补偿技术（一）智能化无功补偿方式目前普遍使用的照明、家用电器等家居设备及大量使用的电力电子设备， 大 都是两相供电，导致电网中三相失衡现象越来越突出，以三相共补同投同切方法 已无法解决三相失衡问题。若全部改用单相补偿会增大投资。将三相共补与分相 补偿相结合应用，有

11、效地解决了供电与负载匹配偏差的问题。（二）智能型无功控制策略采集线路中三相电压和电流信号，跟踪系统中的无功变化，取无功功率作控 制物理量，取用户设定功率因数做投切参考限量， 依据模糊控制理论，智能选择 电容器组合，针对星角结合情况智能投切；通过设定过压与欠压保护值，设置低 谷高电压禁投与高峰低电压禁切电压值， 以无功功率为投切门限值，科学限制电 压条件，使其具有缺相保护功能，同时采用智能控制理论设置电容投切控制，以自动及时地投切电容补偿，补偿无功功率容量；根据配电系统三相中每一相无功 功率大小，智能选择电容器组合；依据“取平补齐”原则投入电网，实现电容器 投切的智能控制，提高补偿精度。（三）智

12、能无功补偿容量选择智能无功补偿容量的主要达成目的是平衡线路的无功功率。 因其补偿容量计 算与选择较为复杂，目前多根据静态容量极值进行选择。 主要为单负荷就地补偿 容量选择和多负荷补偿容量选择。2. 电力无功补偿的关键技术动态无功补偿的意义主要体现在以下方面：（1）降低供、配电系统的损耗， 提高供配电系统的利用率（增容）； 通过对功率因数的调整，实现对供、配电系统网络电压幅值的控制；（3）稳定供、配电系统的网络电压： 降低谐波电流 对供电系统的破坏作用。（一）电力负荷的功率因数功率因数是指电力网中通过线路、变压器的视在功率供给有功功率所占百分 数。在电力网的运行中，功率因数越大越好，如能做到这一

13、点，贝U通过电力设备 的视在功率将大部分用来供给有功功率， 以减少无功功率的传输，减少有功功率 损耗。适当提高用户的功率因数，充分发挥供电设备改善电压质量。 在这种情况 下，当无功功率为零时，则其功率因数为I。因此，提高功率因数实际上就是减 少用电设备的无功功率需要量。（二）并联电容器补偿无功功率的作用及方法（1）并联电容器无功补偿的作用。用电容器进行无功补偿去提高用电负载的 功率因数，既能降低电网线损，又能提高电压质量的一种普遍应用的重要的节电 措施和优质供电的措施。因此，无功补偿降低电网线损和降低电压损耗的计算方 法具有普遍性。提高功率因数既能降低电网的有功功率损耗，又能降低电网的无功功率

14、消耗，同时又提高了变压器和电力线路的容量利用率和减少电压降。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以提高功率因数。无功补偿电压的调整。并联补偿电容器的投入与切除都要引起变压器负 载侧电压的变化，因此可以通过电容器投入与切除来提高变压器负载侧的电压质 量。3. 基于变电站的智能无功补偿系统软硬件设计（一）无功补偿无级调节的实现采用MOC3061光电双向晶闸管驱动器触发晶闸管，其以绝缘电压可达7 500moc图1-单相无极投切电容器输出部分原理图V的光电隔离输入与输出，且内部米 用过零检测电路，使电容两端电压很 方便地动态跟随电网的最高电压变 化而变化，从而减少晶闸管导通投入 电容时

15、产生的冲击电流。MOC 3061光电双向晶闸管驱动器由输入和输出 2部分组成。如图1所示图中的1、2脚为输入端，以一个砷化傢红外发光二极管 LED作输入极，LED能 在515 mA正向电流作用下，发出足够的红外光去触发输出部分；图中的3、5脚为空脚；图中的4、6脚为输出端，输出极具过零检测能力的光控双向晶闸 管。光控双向晶闸管会在LED发射红外光时触发导通。因实际应用中的通断周期一般为 0.51 s，而1个工频周期为20 ms，最 小调节容量也在最小电容器的1/501/25，基本可视为无级调节。所以，可通 过改变固定周期内晶闸管交流开关的通断时间比例，调节输出到电网的无功电功率的通断率控制方法

16、，控制无功补偿容量大小，实现无级补偿。（二）硬件结构系统的核心装置智能无功优化控制器的硬件结构由16位工业用单片机80C196KC存储器与I/O 接口、电量测量、温度检测、执行机构、键盘/液晶显 示器、通信等模块组成。系统的电压互感器与电流互感器传变的电压和电流信号， 经相应转换并由单片机进行交流采样， 之后再计算出各项电网参数，根据控制规 律向执行机构输出控制信号，完成电容器投切。图2-核心控制器硬件结构控制系统中的主芯片80C196KC单片机负责控制8路电力电容器的投切，接收 米样信号及发出控制命令。如图2所示。比较器LM 393 负责A、C线电压及B相电流方 波过零信号的获取，并输入到单

17、片 机的高速输入口 HSI0和HSII ,再 进行过零点时间差比较，得到电网功率因数 入=cos ;作为32 KByte程序存储器的EEPROM负责存储程序运行 的主程序；X25043串行EEPRO存储器，存储参数修改设定值，将其硬件看门狗 和软件程序看门狗组成双看门狗电路，并负责上电复位；光电双向晶闸管驱动器MOC306,1负责检测过零信号，控制晶闸管投切电容器，促成无功补偿无级调节 的实现（三）软件设计系统控制器采用模块化结构设计，主要由显示、键盘扫描、AD转换、参数计算、投切电容、看门狗和通信等模块组成。使用KCl96汇编语言编程，软件pOO1系统在伟福（WAVE V2.00下。总体框架

18、如图3所示。图3-控制器整体总体框架图在满足电压合格的基础上，以 功率因数最优为目标函数，提高功 率因数；根据功率因数变化而自动 改变电容器投切，先投先切，循环 投切，避免投切振荡及过补偿；根 据低压配电网的电压及无功功率 变化，自动调整相关控制系统参数，以达成控制目标，实现自动跟踪无功补偿五. 结束语合理选择无功补偿方案和补偿容量， 科学应用无功补偿技术，设计配置无功 补偿设备，能有效提高变电站电压的稳定性， 保证电网电压的质量，提高发输电 设备的利用率，降低电力系统设备的损坏和有功网损，减少能耗和发电费用。参考文献:1刘锐力 变电站无功补偿技术探讨期刊论文机电信息-2011年24期2刘焕聚 包玉 胡筱鸣 地区电网无功补偿技术探讨会议论文2010 - 第四 届（2010）全国电力系统无功/电压技术交流研讨会3罗亚桥 章海斌 陈自年，220kV变电站电容器补偿技术探讨会议论文2005-中国电工技术学会电力电容器专业委员会2005电力电容器无功补