10kV配电网的智能无功补偿装置研究

摘要 本文将要介绍的补偿装置是一种智能无功形式的研究方案，对于电参数的采集，本装置采用的智能模块为EDA9033K型，很好的解决了10kV高压配电网无法提供充足的无功补偿问题。在对多级电容器组以单片机投切时，其判据是无功缺额和电压，能彻底解决过补偿和投切振荡问题。且该装置有方便维修、成本低廉和结构简单等多项优点，应用范围广泛。另外，本文简单进行了对10kV配电网中低压补偿装置的分析。

关键词 10kV配电网；智能；补偿装置

中图分类号TM76 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0044-02

0 引言

随着科学技术的进步，人类日益增长的物质需求，向电网的建设提出了更为严格的要求。不仅从电网的容量上要求成倍扩增，同时与日俱增的对电能质量的要求也不可忽视。电压值和功率因数在电力系统里是影响电气设备利用率的两个重要因素，两者与电气设备的利用率呈正相关，当功率因数或电压值下降时，电气设备的利用率也将降低。目前，10kV网损、110kV和35kV网损、超过220kV（包括220kV）网损是3个判定我国电力网损耗的等级标准。1.5：1.1：2.5是网损量的大致比例，当中具有最大降损潜力的是10kV配电网。所以，研究10kV配电网的智能无功补偿装置意义重大。

我国配电网无功优化的目前存在的问题是：补偿的主要方式是集中在变电站二次侧处补偿，其他补偿设备如无功补偿等相对较旧，数量少，而且还有较大的无功缺额；未能合理配置无功补偿装置，而且，并没有从根本上有效解决极低的末端电压和配电线路线损的问题；偏低的自动化程度是无功补偿装置的痼疾，随机补偿，大部分的补偿由固定线路色散实现，实时监控无法实现，电力负荷的时间和季节性要求无法得到满足等等问题。国内无功补偿和无功功率皆自动化程度不高、智能化低，动态补偿和固定补偿不平衡，对配电网智能无功补偿方面的研究前景广阔。

由于部分低压配电网无功补偿技术已经日趋成熟，应用较广的有晶闸管投切电容器（TSC）和控制电抗器（TCR）两种装置，这些低压无功补偿装置除了将电容器的投切时刻进行精确控制外，也使过电压和冲击电流被大大减少了。不过对于高压电容电力器提出的投切应用要求，由于可控硅器件耐压的局限性，还无法达到。目前较多的高压电容电力器设备采用的投切办法仍为手动，比较稀少的采用的自动投切设备，是以智能化水平还有待提高。

1 10kV配电网高压智能无功补偿系统的设计及控制思路

1）设计主电路。该智能无功补偿装置的主回路主要有辅助电路、打印通讯及报警接口电路、看门狗、键盘、数据存储电路、驱动投切程序及电路、过压过零检测电路、AT89C51芯片和EDA9033K电量采集只能模块构成。作为CMOS8位单片机，AT89C51具备性能较高、电压较低的特点，由美国ATMEL公司生产，片内含16位定时器两个，I/0口线32个，bytes的Flash闪速内存为4K，计算器，一个5向量两级中断结构及一个全双工串行通信口。AT89C51对许多嵌入式控制应用提供的解决办法不仅成本较低而且灵活度高；2）介绍EDA9033K及接口电路。对于三相四线制或三相三线制交流电路中的正反向有功电度、频率、功率因数、无功功率、真有功功率、三相电压以及三相电流等电参数，EDA9033K均能予以精确测量。0.2为测量频率、电压和电流的精度级别，0.5为其他电量精度级别。模块的供电方式比较多样化交流80V～265V；+8V～30V以及直流-5V；三相电流（0V～1000A）和三相电压（0V～500V）为输入模块，数字信号以RS-232或RS-485为借口的输出模块；约有2种通讯规，分别为十六进制LC-01协议和（ASCII码）研华ADAM兼容通讯协议；19200Bps、9600Bps、4800Bps、2400Bps、1200Bps的波特率为模块通讯。采用AC电源输入、电流输入、电压输入、光电隔离和电磁隔离技术及通讯接口输出之间完全隔离。大大提高采集信号的精确度和可信度；3）该系统采用集中补偿方式，电容器组采用角接。与采用星接时相比，电容节约多大2/3是其优点，并将电抗值为6%的电抗器串联在电容器中，不仅将合闸涌流限制住，而且也将谐波成功抑制，抑制作用明显作用于超过5次（包括5次）的高次谐波。基本上消除了谐波谐振的可能；4）该装置在进行电参数采集时使用的是EDA9033K模块，这种只能三相全数字化的电参数数据综合采集模块具有很高的性价比。主控制器为AT89C51，极大地简化了无功补偿装置的结构，更加方便维修管理，也提高了性价比，使得原来的硬件结构也得以极大地简化，应用市场广泛。

2 10kV配电网中低压无功补偿装置的应用与设计

在相关的研究领域，对于智能优化无功控制系统，尤其是配电网10kV线路的研究尚比较缺乏，很有必要谈谈现阶段配电网中低压无功补偿装置的设计成果。通过实例比较，一种补偿方案以谐波和无功综合为手段，其基础为在式有源滤波器中以串联谐振进行注入，有效应用于低压系统的负荷补偿中，对其参数设计方法并进行了仿真研究和实际应用，其设计思路还可以借鉴于其它大功率电能设备的研究。

一般配电网中低压智能无功补偿控制器具有如下设计要求：在运行时，无功补偿控制器要求：避免出现振荡现象，同时线路系统的稳定性得以保证，对于补偿的效果也予以兼顾。若要电容器的组合能够相对自由，针对实际情况，在对电容组合进行选择时，可根据配电系统三相中每一相无功功率的大小做出智能判断，能够实现智能和循环投切，选择权交给电力用户。使低压复合开关的性能智能化，做到能实现过零关断和过零投入，同时使关、开时无谐波无涌流，减小工作时间的能耗，避免对电网产生冲击，还应具备抗干扰、缺相保护、闭锁保护等功能，具有辅助接点。

以下介绍10kV配电网中低压无功补偿装置的研究成果：该低压无功补偿装置的自动化系统无功优化使用DotNet技术开发，运行结构以C/S为基础。优点是当运行程序以客户端系统为依托时，对于服务器的访问可以随时进行，在线补偿监控设备状态。使服务器系统、第一侧线系统参数局域网以自动调度的形式，访问、控制和通过GPRS及通讯领域的补偿装置，从而将工作现场补偿设备的运行状态成功获取。2005-SQLSERVER的管理与设计系统是数据库所使用的系统，客户可以对数据库的数据进行统计和分析，可以自动生成Excel文件存储的统计报告的形式。该系统是一个从最高层出发的主控制远程系统，网络的组成是两个远程和本地通信的微机控制系统，对于电容器能力所需的补偿或投入量，功率实时的计算方法是以模糊控制算法的数据因素为基础，使局限切换补偿点线的因素因为微机远程通信传输的减少而被大大削弱，同时将关开电压测量的对象进行确定，之后以远程通讯网络发送控制命令来调整对象，在控制下关闭所有设备，调整相关控制参数。通过使用遥控器设置GPRS无线通信技术、自动化设备、远程监控、无线数据传输，极大提高了微控制器技术、抗干扰技术，可靠性、精度、功能等都得到相当程度保障。

3 结论

本文分别介绍了10kV配电网中低压和高压的智能无功补偿装置的目前研究成果，两种装置都有效弥补了以往装置的不足，能够有效提高安全性、智能性、实用性。首先，采用基于EDA9033K模块的新型高压电网智能无功补偿装置，提高高压配电网无功补偿器的性能，亦简化了无功补偿器原始的结构，性价比较高、管理维修费较低。同样，介绍的中低压型的补偿器也具有优化传统补偿器的优势，两种10kV配电网的智能无功补偿装置皆具有应用广泛的市场前景。

参考文献

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