10 kV无功分散补偿技术研究

2018-12-21张雄飞

机电信息 2018年36期

张雄飞程飞

（国网浙江义乌市供电有限公司，浙江金华322000）

0 引言

10 kV配网系统中的无功分散补偿包含输电线路补偿、用户侧就地补偿、柱上无功补偿、随机补偿等多种方式，是一个统一的组合，能够在输电线路、用户终端、柱上等位置进行分散补偿，以形成灵活、方便的无功补偿策略。但与此同时，这些补偿方式也各有优缺点，且对电网的冲击不容忽视。在此背景下，探索一种冲击小、电网特性畸变小、补偿效果较好的新型10 kV电网无功分散补偿技术势在必行。

1 10 kV无功分散补偿技术现状

1.1 输电线路补偿

这种方式主要是在输电线路上通过电容器实现，是常见的一种分散补偿方式，这种补偿方式能够有效平衡系统内部各元件之间的有功和无功，投资不高而且能够较快回收，同时也相对便于管理。输电线路补偿的缺点在于，电容器分组补偿的适应性和灵活性不强，一旦线路负载发生变化，不方便跟踪调节。因此，对于重负荷线路，很容易出现补偿度不足的问题，因此不太适用于复杂补偿和长距离、重负荷补偿。

1.2 用户侧就地补偿

经过变电站补偿、输电线路补偿后，进入用户侧，如果负荷波动不大、相对稳定的话，可以在用户侧进行就地补偿，这种单独补偿的方式适用于特殊用户，比如用电量大的工厂、团体等，这些大型企业和团体可能有较多设备用于生产生活，需调节功率因数，这时候就要进行用户侧就地补偿。如果是小型用户如家用，则并不适合用户侧补偿。用户侧补偿的优点在于安全、经济、易用；缺点是应用范围不广，如果是小型家庭用户，还需要结合低压终端补偿来进行。

1.3 柱上无功补偿

柱上无功补偿主要是用于公变补偿，是在线路柱上利用并联电容器完成无功补偿，调节相应的功率因数。这种无功补偿方式的优点在于，能够针对配网中大量的公变需求进行就地补偿，不需要在上一级进行补偿，能切实解决问题；缺点在于，这种补偿方式相对远离变电站，因此运行维护不方便，一旦发生故障，则检修不便，需要花费大量人力、物力。

2 晶闸管触发无功补偿系统的设计及仿真分析

2.1 晶闸管触发无功补偿系统的设计

借助电力电子设备灵活补偿的特性，引入控制回路，从母线上取得电压和电流信号进入采集回路，经过信号处理后，从控制装置输出控制信号，通过触发脉冲来对晶闸管进行控制，触发可控硅器件来导通或关断晶闸管串补偿电路，进行无功补偿的精确控制。

晶闸管开关投切应用于无功补偿的优点在于，能够实现无冲击投切，如果投切的电容器组极性满足要求，则能够精确控制其触发时间，如果能够及时导通来进行无功补偿，则视为成功导通；当晶闸管的电流过零时，自然关断即可，从而实现“等电压投入，零电流切除”的方案。

2.2 晶闸管触发无功补偿系统的仿真

使用Matlab仿真软件对晶闸管触发无功补偿系统来进行仿真，搭建Matlab仿真模型，采用三相电压源模型模拟10 kV配电网的母线，搭建△型接线的晶闸管补偿主电路，采用六脉动触发晶闸管系统来对10 kV三相电网进行补偿。根据仿真模型进行分析，可得：

（1）补偿前电网特性：根据仿真波形，补偿前电网电压的波形超前电流60°，是一个标准的感性电路。

（2）补偿后电网特性：触发六脉动晶闸管回路，陆续投入3组电容器，随着晶闸管回路的导通和电容器投入组数的增加，电流滞后于电压的相位不断减少。投入一组电容器，电流滞后于电压减少到46°；投入两组电容器，电流滞后于电压减少到27°；投入三组电容器，电流滞后于电压减少到8°。三组电容器同时投入的情况下，电压、电流之间的角差不断减少，最终呈现接近纯阻性回路，达到了无功补偿的目的和要求。

根据仿真结果，得出晶闸管触发无功补偿系统在补偿前后的功率测试曲线如图1所示。

如图1所示，随着触发六脉动晶闸管回路，陆续投入三组电容器后，无功补偿容量不断增加，无功功率的曲线呈现下降趋势，最终稳定的无功功率值降幅显著。补偿前电网无功为2.10 Mvar，投入一组电容后电网无功为1.16 Mvar，投入两组电容后电网无功为0.90 Mvar，投入三组电容后电网无功为0.40 Mvar，而整体的有功功率曲线是不发生变化的。可见晶闸管控制电容器不断投入后，无功得到了补偿，功率因数得到了提升，取得了应有的补偿效果，通过电容器组的投切较好地实现了分级、准确、零冲击补偿。