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摘要：提出进行分布式智能无功补偿技术研究的必要性，分析了分布式电源接入对电网的影响，简述了分布式智能无功补偿技术的控制策略、智能控制、综合保护、有源滤波技术，探讨了分布式智能无功补偿装置的设计，对分布式智能无功补偿技术的发展进行了展望。
关键词：智能；无功补偿；智能电网；分布式电源
0引言
智能电网的建设带动了新能源的发展，以光伏、风能、生物质能、沼气等为代表的分布式能源大量入网，与此同时，分布式能源由于容量小、随机性大、间 歇性强而给电能质量带来一定影响，并入电网后可能引起电网功率因数降低。因此，有必要研究分布式智能无功补偿技术，为电力系统提供优质、高效、绿色的电能。
1 分布式电源接入对电网的影响
分布式电源（Distributed Generation）简称 DG，功率在数千瓦到50MW之间，且不直接和输电系统相连。分布式电源接入后，能够起到系统调峰、丰富能源结构、提升供电可靠性的作用，但与此同时，由于自身具有间歇性、随机性等特征，分布式电源的接入将给电网带来冲击，并具有一定的谐波污染，分支电流的存在还将对继电保护的方向性造成影响。因此，有必要对分布式电源采取无功补偿和谐波抑制措施。
2 分布式智能无功补偿技术研究
2 .1 分布式智能无功补偿的控制策略
分布式电源接入的电网无功需求在实时变化，因此需要进行动态实时补偿。分布式智能无功补偿在分布式电源的入网侧进行无功补偿和滤波，采用智能型无功控制策略。分布式智能无功补偿系统集数据采集、处理、运算、控制、通信、保护于一体，采集系统中的模拟量，跟踪分布式电源系统的无功功率变化，并以无功功率为控制量，以目标功率因数为投切参考限值，按照模糊控制策略，通过智能控制器进行无功补偿装置的投切控制，并配备分布式电源的智能综合保护。
2 .2 分布式智能无功补偿技术
2.2.1无源型分布式智能无功补偿
由多个智能型无功补偿模块组成，采用LC无源元件进行无功补偿，LC元件产生感性无功和容性无功，对电网进行无功补偿。系统根据采集到的无功功率情况进行分析，向各个模块发出投切命令，采用合适的无功补偿策略，多个无功补偿模块之间能够联网运行、协调工作，进行无功补偿容量的扩充。
2.2.2智能控制器
智能控制器是分布式智能无功补偿技术的核心，它使用高速的DSP 信号处理器来采样，实现对分布式电源接入电网的电能质量实时监测，采样后的模拟量经过快速傅里叶变换后进行运算，输出相应的遥控和遥调信号，完成瞬时动态控制，智能控制器通过内嵌的数据采集模块、通信模块、控制模块和监测模块来完成相应的监测、控制和保护功能。
2.2.3智能综合保护
各无功补偿装置在电网中运行，必须配备相应的综合保护。电容器的运行端电压不能突变，在投入和切除的过程中，会产生一定的冲击电流，此外，系统的过压或欠压、缺相、断电等工况也可能导致电容器故障。因此，智能综合保护配备过欠压、缺相、过流、过载、不平衡等保护功能，一旦无功补偿装置出现故障，将实时报警或动作于跳闸，及时排除故障。
2.2.4智能有源滤波器
分布式电源接入的电网除了进行无功补偿外，还需要滤除自关断电力电子产生的高次谐波，避免对电网造成谐波污染。智能有源滤波器适用于分布式电源，与无源滤波器相区别的是，智能有源滤波器能够向交流电网注入一个与谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流，用以补偿负载注入电网的谐波电流。智能有源滤波器由静止功率变流器组成，具有较好的可控性和快速响应性。
2 .3 对分布式智能无功补偿装置设计的探讨
2.3.1分布式智能无功补偿装置算法流程
装置上电并使能看门狗后，通过高速DSP和16位A／D转换器对采集到的电网信息（电压、电流、频率等）进行处理，采样通道经过GPS 同步，误差在2 ms以内。对采样数据进行数字滤波后，使用快速傅里叶算法进行计算，再经过精度校正环节，得出三相无功功率、功率因数、频率等值。计算结果能够通过客户端显示，并上送服务器实现保护控制功能。
2.3.2分布式智能无功补偿装置控制功能的实现
装置采集模拟量并计算出实时无功功率后，进行如图1所示的逻辑判断：投入无功门限，当分布式电源接入的电网实时无功功率大于投入无功门限时，自动闭合断路器并投入电容器，对系统进行无功补偿。当电网实时无功功率过大，已经超过切除无功门限时，表明电网无功功率已经过剩，需要切除断路器并断开电容器。
2.3.3分布式智能无功补偿装置的谐波越限优化
针对分布式电源接入后产生的高次谐波问题，应该进行适当的谐波越限优化，以防止因为谐波污染导致的电容器老化和击穿。分布式智能无功补偿装置根据采集到的数据计算出实时电流谐波畸变率（THD）并进行判断，当 THD 的值超过警戒值时，制定运行时间与离线时间间隔，提升无功补偿设备的寿命和抗谐波能力；当 THD的值过大，超过切除定值时，应立即
切除无功补偿装置，避免设备损坏。
2.3.4分布式智能无功补偿装置的同步投切技术
电容器是分布式电源接入的电网内重要的无功补偿设备，传统的电容器投切方式控制精度较低，可能存在多个电容器之间不同步投入的情况，容易产生较大的涌流和过电压，影响电能质量和电气设备安全。同步投切技术就是研究电容器组的同步投切，抑制暂态冲击。
由于电容器投切时产生的涌流大小与系统初始相角密切相关，可以通过控制电容器在电压和电流波形的特定角度处分合闸来实现同步投切，这也是同步投切技术的难点所在。分布式智能无功补偿装置输出DSP 指令到驱动执行单元，并控制断路器永磁机构的跳合闸线圈，触发大功率IGBT的导通和闭合，控制补偿电容器的投入或切除，通过电压过零关断和控制断路器分断时的燃弧时间，削弱电磁暂态冲击。
3 分布式智能无功补偿技术的展望
3.1未来分布式智能无功补偿技术的发展集中在以下几个热点领域
无功补偿与配电监测的一体化分布式能源接入的电网改造过程中，经常需要在配电变压器的低压侧同时装设无功补偿装置和配电监测设备，因此，无功补偿集成配电监测技术需求日益提升，如果能够实现参数测量、记忆、分析、补偿于一体，将会极大地方便配电网管理。
3.2 综合潮流控制
综合潮流控制（UPFC）融合了电力电子、计算机、柔性控制等技术，将晶闸管换流器产生的交流电压叠加到系统输电线路的相电压上，幅值和相角都可以灵活变化，具有更大的综合潮流控制能力，对系统的有功和无功功率都能够精准调节，提升电网输送能力和抗阻尼振荡能力。
4 结语
分布式能源接入给电网带来巨大益处的同时，也提出了一定的挑战。积极发展分布式智能无功补偿技术，有效应对无功功率失衡、电压不稳定、系统谐波污染等问题，是推动智能电网发展的必经之路。
参考文献：
[1] 丁富华，段雄英，邹积岩．基于同步真空断路器的智能无功补偿装置［J］．中国电机工程学报，2005（6）
[2] 陈玲．基于dsPIC 的智能无功补偿装置研究［D］．扬州大学，2014
[3] 张凤娜．基于接触器过零投切控制的智能无功补偿装置研［D］．哈尔滨工业大学，2011
作者简介：
胡春磊（1980.1-），男，浙江杭州人，杭州电子工业学院，本科，华北电力科技大学工程硕士，工程师，单位：浙江省电力公司杭州凯达电力建设有限公司，研究方向：智能电网及用电节能分析
论文作者:胡春磊
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/11
标签：分布式论文; 智能论文; 电网论文; 谐波论文; 装置论文; 电容器论文; 电源论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;