无功功率补偿和优化控制技术

刘相军

摘 要：无功功率从电源端经线路和变压器向负荷端输送，要产生电压损耗， 在无功电源不足的情况下只能在较低的电压下达到无功功率的平衡。为了使电压上升，就需要使电源增加无功出力，这样就增加了供电成本。如何实现电网无功补偿电压优化功能，有着十分重要的意义。

关键词：无功功率；配电网配变监测控制系统；优化控制

随着电力行业的快速发展，负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升，也使电网中无功功率不平衡，导致无功功率大量存在。无功功率在电网中传输时，会产生各种不良影响。保证有功功率的情况下，尽量减小无功功率在网络中的传输，使网络传输较小的总功率。这在实践中就需要进行无功补偿电压优化控制。

1 常用的无功补偿方法

电压经过变压器变压就会造成功率消耗。我们通常采用的无功补偿方法有：随机补偿，随器补偿，跟踪补偿。

1、随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机同时投切。可以较好的限制电动机的无功峰荷。

2、随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿电力变压器空载无功的补偿方式。它可以有效地补偿配变空载无功，限制电力网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，是目前应用最为广泛的补偿无功的方法。

3、跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。其运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。

2 无功补偿的合理配置原则

根据无功补偿的合理配置原则，从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿，低压配电网应以分散补偿为主，一般可以将电容器组分散安装在各车间配电母线上。

3 无功补偿电压优化方法

用最低的成本，足够的可用性来实现网损最小的优化目标，是无功补偿电压优化的基本原则。方法是根据最新的典型负荷曲线分析，按电压无功补偿优化分析软件离线计算的无功补偿度和变压器调节参数满足电网配置的合理要求，采取满足约束条件（负荷点电压的给定限额和各种调节变量的极限参数）的控制手段并通过配电系统自动化（DSA）处理，最后以变电站主变分接头调节和并联补偿电容器投切的自动控制方式来实现。其最终目标是在确保电压合格率前提下尽量补偿无功，使网损降到最小。无功补偿电压优化控制实现的前提是对电压、无功功率进行分区，确定电压、无功功率运行区域，了解其运行状况以便实施控制。

UH和UL由电压合格范围确定；QL和QH由每组电容器容量、电容偏差及无功基本平衡和保持投切基本稳定的原则确定。QH表示无功过剩，QL表示无功不足。图中0区表示电压、无功均合格，不调节，此区为稳定工作区[3]。

控制方法的采用既要考虑尽快使越限的电压回到目标区域，又要考虑现场设备管理需求。对应上述图1 的每个分区按优先级

可设定若干种控制手段。主要控制手段有：

——投、切电容器；

——升、降有载调压器分接头位置；

——强投、强切电容器。

我们所创建的无功补偿电压优化控制系统是通过数据采集模块采集实时数据，经状态估计后再实现无功补偿电压优化装置。实施方案的建立是在调度自动化系统的无功补偿电压自动控制功能软件上。其运行支持是由远方厂站循环传送数据实时刷新的实时数据库和由功能软件数据表编辑器在线编辑的描述数据库构成。描述数据库主要进行监控点定义、厂站状态定义、时段表高峰（低谷）定义、控制规则表定义等[4]，运程序在获取实时数据发现越限时将搜索当前监控点并进行电压无功分区。搜索当前控制规则。形成控制方案并实施，从而完成一次自动控制。

4 无功补偿电压优化控制的实现

为了实现电网无功补偿电压优化功能，我们设计了配电网配变监测控制系统。该系统由现场变压器远程监测终端和监控中心软件两大部分构成，变压器参数远程监测终端安装在变压器现场，通过电压互感器（PT），电流互感器（CT），温度传感器等传感设备对变压器的电气参数进行采样监测；监控中心计算机通过一张普通网卡接上Internet 网络即可与现场监测终端进行通信。变压器远程检测终端包括3 个部分：变压器参数采集器；变压器参数控制器；GPRS 通信模块。监测器软件能够实现对变压器电气参数的远程监控。

参数采集器对的变电站主变压器现场数据进行实时采集，并进行加密、压缩处理、整合后，以数据流形式并通过串行方式接到GPRS RTU上，GPRS RTU 与GPRS基站通信，GPRS 基站SGSN 再连接到网关支持节点GGSN，GGSN 对分组数据进行相应的处理，数据经由IP 模块进行TCP/IP 协议转换，打成IP 数据包，再由MC35 模块以GPRS 数据包的形式通过GPRS 网络把数据发送到中国移动的内部网（CMNET），然后通过GPRS 服务节点（GSN），把数据发送到Internet 上，并且去寻找在Internet上的一个指定IP地址的Internet 中心服务器（公网上的Internet 中心服务器只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP 地址即可）。中心服务器通过数据接收软件将数据接收，并转发到内部网络的指定数据服务器。数据服务器通过数据处理软件将数据进行解密、解压把数据还原成原始数据。系统同时也可以实现数据、指令的反向传输，以达到远程控制的目的。

1、无功补偿优化控制的实现。当地区电网内各级变电所电压处在合格范围内时，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，提高受电功率因数。同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优先投入。同变电所不同容量电容器组根据计算决策谁优先投入[5]

2、电压优化调节功能的实现。电压合格范围内，实施逆调压。实现减少主变并联运行台数以降低低谷期间母线电压。实施有载调压变压器分接开关调节次数优化分配。实现热备用有载调压变压器分接开关档位联调。

3、电压综合优化功能的实现。实现预算10 kV母线电压，防止无功补偿设备投切振荡。实现双主变经济运行，支持投入10 kV 电抗器，增加无功负荷，达到降低电压的目的。

4、控制信息管理功能的实现。相关控制信息参数记录并显示，每隔一定时间数据刷新一次，工作人员可以在控制室实现远程监控。当某个控制点的某一个参数超出预定值，监控中心软件自动报警，并且以电子地图的方式显示出哪个地方出现问题，出现了什么类型的问题。监测软件功能包括：电子地图，档案管理，手/自动调度，查询统计等。

5 总结

无功补偿电压优化控制系统在提高电网电压合格率的同时，也有效地降低了网损，达到良好的经济效益。由于无功补偿电压优化控制系统运行所需的电网实时数据取自调度自动化SCADA/EMS系统，因此有必要加强对EMS 系统的维护[6]及时发现和排除SCADA 系统中存在的遥测、遥信错误，确保自动化系统提供合格的电网实时数据。

参考文献

[1]王晓文.供用电系统.北京：中国电力出版社，2005.

[2]傅知兰.系统电气设备选择与实用计算.中国电力出版社，2004.

[3]李斌.浅谈电网无功补偿技术.电力电气控制，2010.

[4]中平.功率因数对供电企业的影响.电力技术，2008.

[5]郭庆来，吴越. 地区电网无功优化实时控制系统的研究与开发[J].电力系统自动化，2002

[6]李亚男，张粒子，杨以涵. 基于内点算法的电压校正控制[J].电力系统自动化， 2002.