基于多点无功补偿技术的配电网无功优化系统研究

夏永平

摘 要：针对10kV配电线路无功功率分布不合理引起的线路损耗严重、电压质量和运行效率偏低的问题，本文以新疆区域配电网为研究对象，重点研究了基于多点无功补偿技术的配电网无功优化系统在10kV配电线路中的应用。

关键词：区域配电网；无功优化；设备监测；协调控制

中图分类号： TM714 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）28-182-2

0 引言

配电网是电力系统的重要组成部分之一，在电力系统的各环节中，配电网处于末端直接与用户相联系。对配网系统无功功率分布的忽视会导致大量无功功率在配网中流动，既增加了配电网有功损耗，又影响了电压质量，降低了配网运行效率。因而对于如何利用和配置无功资源进一步降低配网损耗，提高电压合格率，提高配网运行经济性的研究，无论是从运行实际还是从研究现状来看都表现出很强的迫切性。

目前，国内外在10kV配电网线路上无功补偿设备大多采用固定电容器组单点补偿方式或单双点柱上无功自动补偿方式，这些类型无功补偿装置大多选点根据经验，单组容量过大，补偿方式不合理、不精细、控制策略单一，设备运行状态无法监测。同时现有设备多为一体式结构，重量较重，偏远山区不好运输，人力抬不动，且需要再立电线杆，施工存在诸多困难[1]。

针对以上问题，研究10kV配网线路多点无功自动补偿装置，以及在线监测、控制优化、统筹管理系统具有重要的意义。一方面，使用多点分体式、集成化安装结构，以达到免维护，补偿更加精细及安装便捷的技术要求；另一方面使配网满足了一定约束，使各节点电压满足要求的同时降低线路的无功损耗，实现配网线路无功最优补偿，设备远程监控、经济运行的目标。

1 基于多点无功补偿技术的配电网无功优化系统

多点无功自动补偿系统与无功自动优化设备相配合的方式补偿线路无功是一种新型的配网无功补偿技术思路。

1.1 无功自动补偿装置

10kV线路无功自动补偿装置主要由控制器、并联电容器、真空接触器、电流互感器、电压互感器、避雷器、跌落式熔断器等组成。控制器智能控制器采集线路实时电压和电流，经过控制器运算处理，发出投切电容器指令，控制真空接触器分合，从而实现对电容器的自动投切。户外跌落式熔断器对装置进行短路保护，一旦装置内部有短路故障，熔断器立即熔断，防止装置故障扩大，避免对线路造成损害[2]。如图1所示，10kV线路无功自动补偿装置为分体式结构设计。其中电容器采用单杆架设的外置方式，方便设备的安装和维护工作。

1.2 分体式无功补偿设备开关电源单元

①研制适应与10kV线路的分体式无功补偿设备，并进行相关试验验证设备可靠性，以保证新增无功补偿设备能够很好地发挥其无功补偿功能，最大限度减少线路损耗[3]。

②分体式无功补偿设备开关电源是将投切开关和电源PT、保护CT集合于一个箱体内。该设计充分考虑电容器支路补偿方式及容量变化，可实现动静结合补偿方式。补偿容量可在50～600kvar范围内调整。这样的结构设计可以大大节省补偿箱体的空间及质量，便于运输及安装，可适应多种线路环境。开关电源结构如图2所示。

1.3 无功优化系统

基于多点无功自动补偿技术的无功优化系统是实现对区域配电网无功补偿设备从统一规划、合理布置、优化协调到统筹管理的多功能应用平台。它主要由系统主站、通信装置、无功设备规划与监控、优化控制等应用软件组成。系统首先通过计算线路潮流分布，对10kV线路无功补偿装置的安装点进行科学合理的规划，实现无功补偿装置在线路的多点分布。然后利用GPRS远程通信功能，在线监测多点无功补偿设备的运行状况，根据用户预先设定的系统优化目标，采用智能优化算法分析无功补偿设备最优投切方案，最后控制器通过“遥调、遥控”实现主站系统对无功补偿设备的协调控制，系统工作原理如图3所示。

2 典型案例

2.1 存在的问题

新疆某35kV变电站10kV线路上无功补偿装置原来为单点固定投切补偿，存在无功补偿不精细，灵活性低、布局不合理等问题，由于多种原因有几台无功补偿设备已经退出运行，且用户对目前投入运行的设备状态无法实时掌握。

2.2 解决方案

该升级改造项目新增1套多点无功自动补偿后台系统安装于项目10kV线路所属变电站主控室，并具备“四遥”功能。系统首先利用多点无功自动补偿系统对10kV线路上原有设备及预备新增的无功自动补偿装置进行统筹规划与合理分配，以实现最大程度上的无功就地补偿，然后通过对已安装设备进行实时监测和优化协调，以实现对10kV线路无功自动补偿装置的协调控制。

2.3 实施效果

该项目的实施后提高了10kV线路功率因数，大大降低线路损耗，并提高了该线路无功补偿的自动化运行水平。

2.4 研究展望

首先，要加强电网电能质量监测系统建设，提高特殊负荷电能质量问题的可监控性；其次就是完善电网电能质量控制技术，对各类电能质量控制装置进行协调优化控制，使其具有自诊断、自愈功能，实现全网电能质量优化。

3 结论

当前我国电力系统自动化水平的发展与日俱进，为适应快速发展变化的配电网，本文所研究的基于多点无功自动补偿技术的无功优化系统是经过大量实践总结的宝贵的经验，是响应新一轮农网升级改造和城镇配电网建设的重要一步，有利于实现配电网节能降损、优质经济运行。

参 考 文 献

[1] 彭明智，刘永强，赵富强.风电电能质量监测系统的设计与应用[J].低压电器，2010（07）.

[2] 胡文锦，武志刚，张尧，钟庆.风电场电能质量分析与评估[J].电力系统及其自动化学报，2009（04）.

[3] 刘兵，李群湛.电能质量监测装置的优化配置[J].电力系统及其自动化学报，2009（06）.