配电网动态无功补偿技术及其控制策略

配电网动态无功补偿技术及其控制策略

吴来毅

广东电网有限责任公司江门新会供电局广东江门529100

摘要：在电力事业的不断发展中，配电网对冲击性负荷的无功补偿动态性要求更高，其中，从整体角度分析，配电网动态无功补偿技术的发展从根本上决定了区域配电网的进步。本文简要提出了在配电网动态无功补偿中STATCOW的应用，并与传统的动态无功补偿技术进行对比，对其拓扑结构、工作原理、控制模式进行分析，从而进一步为配电网动态无功补偿技术的运用有所帮助。

关键词：配电网；动态无功补偿；快速响应；控制策略

在配电网中，无功功率存储不足会在一定程度上导致整个区域电网电压水平得到降低，并且会导致电压发生波动，严重影响电网供电的质量与效率。因此，为从根本上对减少这一现象，降低系统损耗，则需要对无功功率的流向进行控制，因此，整体而言，加强对配电网无功补偿技术的研究是非常重要且具有现实意义的。

一、动态无功补偿的优势

（1）如果系统发生故障或者出现增负现象的时候，动态无功补偿能够对电压进行支撑，并且能够保证电压的稳定性，尽可能的减少所释放负荷的数量，避免出现电压崩溃现象。

（2）动态无功补偿能够进一步对输电线路末端的电压进行维持，能够提高输电线稳定传输功率的极限。

（3）动态无功补偿技术能够对系统过电压进行抑制，能够改善系统电压的稳定性。

（4）能够进一步阻尼电力系统率振荡[1]。

（5）能够进一步改善与抑制电压闪边、能够补偿负荷的不平衡，提高功率的因数。

此外，所有的无功补偿装置均可以对无功功率进行控制，能够对系统进行有效的维护，能够进一步提升系统功率因素等。现如今，我国配电网中使用比较广泛的无功补偿装置便是机械投砌的并联静电电容器组。其不仅能够改善线路的参数，能够减少线路的感性无功功率，并且能够补偿系统的无功功率。由于并联静电电容器组所供给的无功功率能够与节点电压的平方形成正比，所以会在电压下降的时候，减少无功功率[2]。此外，由于在进行维护的时候比较方便，装设的容量操作比较简单，不仅能够集中使用，并且也能够分散装设，所以是当前我国应用最广泛的补偿装置。

除此之外，作为一种无源装置，在与静电电容器进行组合中，具有一定的快速性、反复性以及连续性，所以不能够在短时间内对电压的升高或者降低进行纠正，并且无法对冲击性的负荷实现动态无功补偿。

二、STATCOM的基本工作原理

所谓的STATCOM主要是依据大功率建议一个自换相变流器，在通过电源逆变技术中为其提供超前或者滞后的无功，从而实现无功补偿[3]。

（一）主电路拓扑

图1

STATCOM主要是依据电压型为主，并且将直流电容器作为主要的存贮元件，其电路主要采用了电压变化电路，在实现直流电压转变为交流电压的基础上，能够将电抗器连接到电网之中，从而起到阻尼过电流的主要作用。现如今，在STATCOM中多电平电压源型逆变器受到了关注与重视，并且在依据这种模式下能够实现拓扑结构大容量的输出，并且能够在整个交流过程中会将连接的电抗器积极合并在电网滞洪，在通过变压器的连接中，能够进一步减少装置的占地面积。一般而言，多电平逆变器主要包括三种结构形式：二极管钳位多电平逆变器、飞跨电容钳位多电平逆变器、链式结构多电平逆变器[4]。其中，与前两种结构相比较，各种链式结构多电平逆变器往往不会需要大量的钳位二极管以及飞跨电容，并且其中所包含的直流电容器的等级都是相同的，在考虑到所有单元的相同性中，整个装置的单元封装以及布局会非常容易实现，其中最具代表性的便是H桥链式STATCOM的主电路拓扑结构，见图1.

（二）工作原理

笔者通过对图1的了解与认识，将图1中的拓扑电路进行简化，并形成图2的方式，在根据对图2的研究中可以得知，STATCOM的输出无功功率可以表示为：

图2

（三）开关的控制方法

系统主要采用的开关控制方法是单极相移正弦脉宽调制策略，其中以图3为例，图3中所包括的3个三角载波信号所对应的单元格的周期是相同的，均是正弦调制信号，这种调制方法的优点是当所有的桥逆变单元总和。其中，这种调配方式最为主要的优点是当直流测电压相同的时候，其输出电压的含量会集中在某一频段，虽然每一个逆变单元的开关频率并没有非常高，但是其输出电压的等级开关效率确实非常高的，能够将输出电压谐波的含量进行减少[5]。

图3

（四）直流电压的控制

一般而言，链式多电平功率变换器的桥逆变器直流侧是直流电容器的连接，这种连接方式是相互隔离的，所以，该类拓扑结构的主要控制任务便是积极满足拓扑结构正常工作要求的控制，也就是对直流测电容电压进行控制。

根据上文图2可以得知，其链式STATCOM之中，功率单元与交流系统之间的交换功率公式可以表示：

在直流电压的控制过程中，往往可以采取输入PI的方式对直流电压进行控制，这种控制方式能够保证直流电压的稳定，并且还在一定程度上能够消耗STATCOM的有功功率。

三、STATCOM在配电网中的整体应用

在整个配电网中，将中小容量的STATCOM积极安装在某些特殊负荷的附近，能够形成调节STATCOM交流侧输出电压的幅值以及相位，或者将其直接控制在交流测电流以及吸收或者满足要求的无功电流之中，在实现动态无功补偿目的的同时，也能够进一步提高功率因数，能够克服三相不平衡、抑制谐波污染等[6]。

除此之外，在经济效益受到电能质量的影响中也会带动工矿企业，比如像钢铁、冶金、矿山等工业领域安装STATCOM，这种不仅能够有效的改善配电网的电能质量，并且能够在一定程度上为配电网的厂矿用户带来非常可观的经济效益。

尤其在近几年，STATCOM在我国电力系统配电网中得到广泛应用，

智能电网的发展前景与规划

陈淦

靖江市供电公司214500

摘要：智能电网凭借着灵活、安全、环保以及经济实惠的特点，受到全球各行业的高度关注。各国在制定经济策略筹划中，都将智能电网作为未来低碳经济的首选，积极筹划启动智能电网的建设，以带动全球电力、电信产业及通信产业的发展，占据市场的制高点。本文阐述了智能电网的原理、起源和发展过程，通过数据比对传统电网与智能电网的区别，展望了智能电网的未来发展前景。

关键词：智能电网；供电；能源

随着全球信息化时代的到来，资源环境不断被挖掘利用，能源、环境与经济三者之间的矛盾冲突不断增大，聚焦当下的电力网络与电力市场、电力用户之间的协调、交换日渐频繁，全球气候变暖的严峻问题，电能质量水平已满足不了时下的众多发展需求，智能电网借智能化控制电力发电、输电、变电、配电等环节，有效地解决了传统电力网络所不能支撑的发展要求。

一、智能电网的原理

智能电网是一种开放式电力网络，通过先进的信息化手段，将信息技术、通信技术、计算机技术与原有的电力基础设施高度集成起来，对能源资源进行有效地开发，转化为电能，实现精确供电、互补供电之功能，提高能源利用率，节约用电成本，减少对环境的影响。其基本原理是智能电网拥有一个庞大的分布式计算平台，每个元件、变电站、发电厂、储能站中都设置了一套具有强健功能操作系统的处理器，处理器与相应元部件的传感器紧密相连，将数据和信息迅速送至处理中心，在处理信息中心进行快速分析、优化决策，从而实现自平衡、自检测、自调节和自愈能力，达到电网的经济、集成、优化、智能控制的作用。

二、传统电网与智能电网的区别

随着电网建设的日趋扩大，电网负荷也随之加大，变动频繁，区域负荷严重失调。由于传统电网对电源的接入与退出等方面都是刚性设计，使其缺乏弹性，电网没有动态柔性及可组性，使传统电网系统难以维系高压电网架构的负载。垂直的多级控制机制不能迅速做出反应，延误时机；传统电网架构薄弱，它的自愈能力、自恢复能力等方面较差；单向的信息传递，使得电网服务客户群的项目简单，整个系统各自独立，互不相联，形成了各自信息孤岛，资源得不到共享。

而未来智能电网可以取得全景信息，凭借坚强、可靠、流畅的实体电网架构和信息交互平台，优化社会能源配置，平衡不同区域内的电力供应缺口，提高设备传输容量和利用率，为整个生产和运营过程进行服务，同时，实时地观测记录电网业务流，对其动态变化进行分析、快速诊断，电网管理人员根据全面、详细、完整的电网运营状态图，做出相应的辅助控制决策、故障隐患的应对预案，以及电网业务运营的管理策略。例如：电力“夏荒”是普遍现象，持续高温天气，使线路跳闸现象或低电压造成的电压不稳，损坏电器等方面的客户投诉率居高不下，传统电网不堪重负，不少省市先后采取拉闸限电的举措来保证工业或居民用电。江苏电力加快了智能电网的建设步伐，深入推进传统电网的方式转变，进入特高压时代，2012年夏天，江苏达35天超过35摄氏度，不断刷新江苏电网用电指标，全省最高用电负荷突破了八千万千瓦，统调最高用电负荷第6次创历史新高，也创下了省外净电力1515万千瓦的最高水平，其中有460万千瓦为临时增加购买电力。通过华东地区电力交易平台，江苏与周边省份相互协调，网间互济，顺利地渡过了酷热难当的夏季，居民的用电幸福指数显著提升，统计数据表明客户报修总量下降率为11.18%。

三、智能电网的发展前景

智能电网的初衷是控制季节用电高峰期的供电量。随着全球对涉及相应的发电或输配电智能化的目光聚焦，数字化电网控制和管理已成为智能电网的核心价值，通过数字化的传感器直接连接固定设备和元件，建立双向通信网络系统，快捷、准确地收集数据、整合分析等信息，有效地在信息平台上进行数字化移交。

1、实现智能电网的集成信息一体化，利用统一的平台和模型，实现资源共享。

结合我国的基本国情，中国能源供应的新形势，立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网架，实现信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一的坚强智能电网。目前，江苏电网内部经过努力，已经形成了“北电南送、西电东送”的输送格局，建立了“四纵五横”的500千伏坚强网架结构，与周边省份建立了电力联络通道，省际电力交易平台发展迅速。据统计，2012年夏季，江苏省通过华东地区电力交易平台，与周边省份进行电力互济，实现了资源共享。其中，上海支援了180万千瓦、浙江支援了50万千瓦。

2、加强配电网建设，实现标准化、规范化和精细化管理。

配电网建设一直是电网发展的重中之重，没有一流的配电网，就谈不上一流的电网。因此，重视配网建设，加强配网管理模式，以点带面地管理，推动我国配电网建设和管理上台阶。江苏电网启动了大量资金进行电网建设，对配电网建设给予了资金倾斜。2010-2013年间，江苏电网公司每年配网投资超过50亿元，增加、改造配电线路6.65万千米，配电变压器达9.67万台，江苏省内中压配电线路供电半径不断缩小，由2010年年底的5.15千米减少到4.83千米，城乡供电可靠率也有了较大的提高（见下表），有力地促进了城乡一体化的深入推进。目前，江苏扬州供电公司依据“配电一张网”的新型管理模式对智能电网进行管理，至2015年对“一流配电网”建设项目竣工，江苏中心城区供电可靠率达到理想状态（见下表），其中，中心城区的供电可靠率与新加坡、巴黎水平齐平。

3、开展绿色电网，破解新能源上网技术难关。

绿色电网，以直流电的输电方式，应用面更广泛，距离和功率更高效，是一种能源整洁、节约、生态环保、技术先进而且经济高效的新型电网模式。江苏电力公司在省政府的布置下，实行“省内电源建设与省外来电并举”的战略，大力开展高压直流输电，重点扶持光伏产业，政府特别颁发了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，电力公司也不断受理并网申请数量，积极地做好分布式光伏并网服务工作。可再生能源并网运行，集中或分散式储存能源，在线综合预警及智能决策技术，优化电网规划，建立自愈特征的坚强电网，适应各种类型的发电资源，实现较低的传输网损，消纳100%的新能源。在江苏，新能源的装机容量和利用效率的成果得到验证，在2013年江苏新增能源装机达63.5万千瓦，累计达562.43万千瓦，其中，风机装机228.77万千瓦。与此同时，江苏电力运用节能新技术，推广节能变压器。2013年江苏电网技改大修节能项目3650个，小型基建节能项目51个，累计节能达8041亿千瓦时。

四、结束语

伴随着社会的发展，节能减排，环境、能源等方面越来越受到社会的重视，新型能源技术渗透到配电系统的基础设施，开发出的高级配电市场，与终端用户的互动，实现更具有弹性的负荷需求特性，充分利用电网的优势，提高资产的利用率，实现智能电网的信息一体化建设，连续的在线评估，自动隔离故障、自我恢复能力，优化发电、输电、配电和用电全过程，提供优质电力，结合我国智能电网建设特点，实现我国智能电网质的飞跃。

参考文献：

[1]袁瑶，刘奭昕，王晓曦，张龙斌.我国智能电网规划现阶段研究与应用[J].长春工程学院学报（自然科学版）.2010（04）

[2]张旭.陕西省电力公司智能电网建设现状分析及改进措施[J].陕西电力.2010（03）