农网中无功补偿装置的设计尚阿琪

农网中无功补偿装置的设计尚阿琪

尚阿琪

国网山西省电力公司稷山县供电公司山西稷山043200

摘要：电力是人们生产、生活必不可少的基本能源。运输电力时，往往会产生巨大损耗，浪费资源。为有效减少电力运输中的损耗，一般通过升压站的电压补偿来提高输电电压。为使升压站真正发挥作用，需使用动态无功补偿装置。本文对功率因数对供电质量的影响因素进行了分析，对无功补偿技术的应用情况进行了讨论与分析，以便为该技术的应用提供参考。

关键词：农网；无功补偿；设计

1引言

在当今国民经济飞速发展时期，如何合理的利用能源成为了如今的一大课题。当今的电力系统中，负载绝大多数以感性存形式在，以农村为例，负载主要以电动机和变压器为主，这种负载的存在会产生大量的无功功率，导致农网中功率因数偏低，出现供电质量差，线路损失严重等问题，因此提高功率因数就成为提高送电质量的关键。TSC是目前应用比较广泛的一种无功补偿的方法，在系统中加入控制芯片，可以使其实现实时动态补偿的目的。

2无功补偿装置的原理

升压站是提升输电质量、改善输电环境的一种必要设备。无功补偿装置可更好地提升升压站的效能，创造更大的经济收益和社会效益。目前，我国无功补偿装置的工作模式已从静态转为动态，功率补偿将更加切合实际情况，能节约更多电能。为更好地提升装置效率，必须深入了解升压站动态无功补偿装置的原理。电网输出功率包括两部分。第一，有功功率。直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，并利用转变的能作功，这部分功率为有功功率；第二，无功功率。消耗电能，但只是把电能转换为另一种形式的能。这种能是电气设备作功的必备条件，并且这种能可在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率为无功功率。升压站的无功补偿装置是通过提高无功功率来完成任务的，因此必须提高装置无功功率的转化率。

3无功补偿装置设计

3.1TSC模块的仿真建模

在每一组电路中，除配置了静电电容器外，还加设了一个电感-电阻并联支路，这是由于在仿真中难以实现对电容器进行预充电，所选的触发角都采样自相电压的自然换相点，所以在给出触发信号后，晶闸管导通瞬间流过晶闸管的电流会很大，所加设的电感支路就是为了起到保护限流的作用，此外，它也能一定程度上消除电网中的谐波。由于TSC型静止无功补偿装置在运行中会产生谐波，所以通常用三角形接法消除3、9次等零序电流分量，减少谐波对系统的影响。每相电路都为电感串联了一个电阻，模仿的是实际电抗器的阻感特性。作为SVC中的核心部分，TCR通常在系统投入TSC后发生过补偿时触发运行，以此来调节系统的无功，维持系统稳定。TCR6个晶闸管的触发脉冲由控制单元统一提供，每组的两个晶闸管分别在一个周期内（0.02s）轮流导通。

3.2多套装置并列运行方式

实际上，部分升压站存在多套动态无功补偿装置。例如，一套装置运行在无功模式下，其他两套装置运行在恒无功模式下，并设置一个合理无功值，如果自动模式下的无功输出接近饱和，其他装置的恒无功值需相应增加或者减小，以调节平衡。存在多套装置时，需采取并列运行的方式，以更好地发挥升压站动态无功补偿装置的优越性，节约更多的电力资源。采取该运行模式时，多套装置均要求运行在AVC无功远控方式下，并且电压参考值应写入正常合理值，所有装置均受控于同一AVC指令，指令下发方式为无功值。AVC接受调度统一指令，经过计算平均下发至每套装置中，以达到最后调节母线电压和无功的目的。但是，同时让多套装置并列运行，会造成很大浪费，毕竟购置一套无功补偿装置会耗费大量财力、物力及人力。虽然多套装置并列运行的效果比装置单独运行的效果好，但是不足以弥补购置装置所需的早期资源投入。因此，该运行方式现阶段还不普及。

3.3无功补偿控制器的硬件构成

3.3.1信号的采集与处理

先将三相电压电流信号分别通过互感器变为小的电信号，再通过低通滤波器送入DSPIC自带的AD中，对信号进行模数转换。DSPIC自带的AD为单+5V供电的高速，低功耗12位模数转换芯片，它具有16个输入通道，每个通道内含有一个16位寄存器，转换速率为100ksps，且每个通道都自带采样保持器。

3.3.2方波产生电路

将滤波后的信号送给同步方波产生电路，再通过光耦送给DSPIC的捕捉引脚，其目的是通过DSPIC的定时器测出两个上升沿之前的时间间隔，即通过测量出正弦信号过零点之间的时间，而得到电网信号的周期。再由采样点数计算出采样频率，以保证采样同步，消除非同步采样引起的频谱泄漏，保证了测量的精确性。

3.3.3驱动控制单元

MOC3041是一种带过零触发的线性光耦，其内部器件能够自动检测晶闸管两端的电压，当同时满足电压过零和触发电平时，即为导通状态，将电容器组投入电网中，由于是过零触发，抑制了涌流的产生，并且具有很强的抗干扰性，而且结构简单，成本低，应用方便。

3.4电压调节模式

为发挥无功补偿装置的作用，现阶段存在两种主要调节模式：电压调节模式和无功调节模式。电压调节模式是通过电网中电压的调节来减少输电过程中的电能损耗。由于输电线路自身存在电阻，导致输电过程中产生较多热量，即电能损耗。根据焦耳定律，电能的损耗量正比于电流的二次方，同时也正比于输电线路的电阻。由于输电线路的电阻是一定的，为减小电能损耗，应增大输电电流。无功补偿装置可调节电压，以减小输电过程中的能量损耗。实际上，一个状况良好的无功补偿装置，应同时具备电压调节模式和无功调节模式，二者相互配合以节约电能。

3.5实施效果分析及评价

在配电网络运行中，由前面所提到的功率因数越高，则电网在供电中为用户所提供的有用功率则越大，即电能的有效利用率则越高。无功补偿设计将起到很大作用。如以某10kV供电线路来讲，该线路有功负荷为3000kW，线路总长度约5.0km，下、线路所选用的导线电阻率值为0.33/km。通过测算，在未加无功补偿设备的情况下其功率因数为0.8，通过计算，线路电压需在达到10.6kV的情况下才能保证供电线路负荷端10kV的供电电压要求。而对于此，为提高电路功率因数及减低无功功率，采用无功补偿技术对其实施改造，如将功率因数提高至0.95以上，则线路的压降为0.417kV，即比未采用无功补偿技术前有效下降，从电压、电阻与功率的关系可以得出，线路的损耗有了明显的减低，进而使得电路有效功率提高，可实现较好的经济收益及价值，可在日常线路管理中推广使用。

4结束语

无功补偿作为提高供电质量，降低线损的重要措施之一，已经被广泛应用于各电压等级的电网中。目前，就农网而言，功率因数普遍在0.60-0.85之间，整体上处于偏低的水平，通过无功补偿技术不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以提高农网的经济运行水平。本文以DSPIC30F6014芯片为核心，采用了片内12位的高速AD对电网的电压电流信号进行采样转换，并且结合了FFT算法，实现了对信号的快速、实时的检测和处理，使系统的响应速度大大提高，真正实现了无功功率的快速高效的补偿。

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