電力供電系統的無功補償自動控制設計

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，用電負荷不斷增加，給供電企業帶來嚴峻的挑戰。發展無功補償技術是電力系統自動化的必然結果，也是電力系統研究和自動化技術的重要課題。以無功補償為基礎，設計實施電力系統的自動化控制，能夠全面監控電力系統，及時發現故障，促進電力供電系統的安全穩定運行。

關鍵詞：電力供電系統；無功補償；自動控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.171

電力系統與社會生產生活密切相關，我國用電需求快速增長，電網更加復雜，無功需求量也不斷增加，需要在電網中安裝無功補償裝置，滿足電力需求。在電力無功補償方案中，有源電力濾波器采取了比較理想的無功補償方法，可以補償變化的無功和諧波，實時反映電網系統的運行狀況，完成人機交互，實現自動控制，通過故障報警為系統的安全運行提供保障。

1 無功補償在電力供電系統中的應用

1.1 無功補償的原理

根據正弦電路中對電流、電壓的定義，電流表示為，電壓表示為。電流滯后電壓的相角表示為，均值電壓表示為U，均值電流表示為I，電壓和電流隨時間變化的相位表示為。電流i被分解成ip和iq，和電壓有同相位的分量表示ip，比當前改的電壓相位滯后90°的分量表示iq。有功功率P可以表示為，無功功率Q表示為。當電路中的電壓相位，等于電流相位，有功功率達到最大值，同時無功功率為0，為理想中中的最佳狀態。但實際運行中，電力供電系統的電流和電壓的相位不同，因此存在無功功率Q，有功功率不能達到最大值。必須考慮無功功率補償的問題，無功功率補償的原理電路如圖1所示，為了補償掉無功功率，在系統中出現相反相位的電流-sin。

1.2 在電力供電系統的應用

在早期的電力供電系統中，大部分采用無源補償裝置，補償無功功率。隨著用電需求增加，電網承受壓力增大，傳統裝置已經不能滿足需求。新型電力電子裝置有源動力濾波器迅速發展，能夠實時補償無功功率分量，動態抑制不斷變化的諧波，廣泛應用于電力工程中。有源濾波器的總體框架如圖2。濾波器接入電網的方式不同，有串聯、并聯和混合接入。串聯型損耗比較大，電路保護復雜，很少在工程實踐中應用[1]。許多電網系統采用并聯型或者混合型。并聯型技術比較成熟，能夠很好地無功補償，抑制諧波，應用比較廣泛?；旌闲屯ǔＶ荒茚槍μ囟ㄘ摵傻墓╇娋W絡，應用有一定的局限性，難以滿足負荷運行變化大的電網系統的補償要求。

2 電力供電系統無功補償自動控制的主要技術

2.1 技術環節

在自動化電網系統控制中，首先要對監控的數據進行采集，通過采集裝置能夠顯示電網運行的狀態信息數據、故障參數數據等，包括脈沖、模擬量、狀態量、保護動作信息、定值信息等。比較重要的狀態量，通過雙位置接點進行采集，保證信息能夠準確反映[2]。狀態量數據包括斷路器狀態信息、、隔離開關、變壓器分接頭位置等，模擬量采集主要有母線電壓采樣、功率采樣、回流電流采樣等。脈沖量采集有采集動作信號、保護狀態、定值等數據，主要是繼電保護數據。數據采集需要進行數據采樣和變換處理。采樣的模擬信號經過轉換，會產生誤差，需要數據分析校正，數字濾波運算、FFI頻譜分析等，然后輸出到下一模塊。經過傳感器，被測信號進入系統，需要預處理，調整電平比例等處理，滿足采樣的要求。

2.2 關鍵設計

有源電力濾波器能夠動態抑制電力系統產生的供電諧波動，對無功功率進行補償。設計電力供電系統的無功補償自動控制系統，硬件設計是基礎框架，硬件設計影響著系統的穩定性、運行的性能等，從而影響系統的監控效果和整體運行。實現自動控制的基本功能，需要有良好的硬件電路，為后期系統的改造提升提供基礎。

無功補償自動控制系統要求實時遠程監控電網的運行，以及較高的信號傳輸速度，并且能夠大量采集和處理現場數據，完成較多的設備管理工作。在設計中，需要采用高端數字信號處理器，應用于控制核心系統中，有高的控制能力和信號處理能力，有高性能DSP功能和微控制器功能，進行復雜的控制運算，完成運行監控。

總之，電力企業要滿足電力需求，需要加強對無功補償自動控制的研究，不斷總結經驗，提高技術水平。電力供電系統常用諧波濾波器、有源諧波調節器、隔離變壓器進行無功補償，抑制諧波，傳統的諧波抑制技術有一定的缺陷，采用有源濾波器能夠很好地達到無功補償的目的，促進系統的自動控制。

參考文獻：

[1]潘愛強.論述智能電網電力設計中無功補償的自控方案運用[J].低碳世界，2015（24）：50-51.

[2]鄭智甫.淺談無功補償自控方案在電力設計中的應用[J].中國科技縱橫，2015（02）：179.

作者簡介：周燕，女，陜西西安人，講師，研究方向：自動控制。