（1、云南电网有限责任公司西双版纳供电局 666100；
2、云南电力试验研究院（集团）有限公司 650217；
3、昆明电器科学研究所 650221）
摘要：云南地处西部偏远的高原地区，温差大，气候环境复杂多变，输电线路长，导致配电网负荷情况复杂，针对这些问题，本文选取西双版纳几个试点地区进行了低电压台区的整体环境分析。最终，在目前先进的无功补偿技术上，通过优化结构和算法，研制出了可快拆快装的无功补偿装置，并设计了无功补偿装置的低压配电网安装改造方案。该装置经过测试，可有效的治理电能质量，为最终的工程应用奠定了基础，对解决农网局部点低电压无功补偿问题和提高电能质量的可靠性具有积极的意义。
关键词：快拆快装；无功补偿，；谐波，；模块化
1、前言
目前，在偏远的西双版纳等云南边境地区，低压配电网用电负荷持续增长、配电网长距离输电等造成能耗损失和电网电压不稳定等问题一直都在困扰着当地电力人员[1]。实现对电力系统进行无功补偿，可以提高功率因数和设备利用率及输电能力，从而提高电力系统运行的安全性[2]。传统的无功补偿方式有同步调相机、开关投切电容器组等。同步调相机投资高，运行维护复杂，响应速度慢[3][4]，而开关投切电容器组多采用接触器投切和手动投切，在投切电容器时所产生较大的过电压和冲击电流极易造成电容器的损坏。因此，传统的无功补偿装置对电网波动的治理效果并不理想，甚至可能造成谐波放大等问题[5]。并且现有的无功补偿装置制造厂家一般对现场灵活安装、带电作业等问题考虑不全，通常由现场施工人员考虑，导致无功补偿装置需要停电安装，有时配合安装还需要搭建平台或进行辅助作业，也造成了无法实现快速拆除和安装的问题[6]。
本文基于电力电子技术，优化电容器容量模块及控制模块，可在满足有效的补偿无功功率的条件下也能治理谐波电流，从而研发出一套智能型无功补偿装置并联于电网中，并将优化后的无功补偿装置进行合理配置和控制，为远距离输电系统提供了强有力的电压支撑，以达到智能无功补偿装置按需灵活投切，按需灵活移动的目的，以期提高公变电台区的电能质量。
2、无功补偿装置工作原理
该无功补偿装置采用先进的SVG技术，即静止无功发生器，通过整流逆变的方式可以输出与系统同频同向但幅值可调的工频电压，经连接电抗器接入系统。基于电力电子的智能型无功补偿装置并联于电网中，相当于一个可控的无功及谐波电流源，其无功及谐波电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功及谐波，并且可以实现从感性无功到容性无功的全范围补偿，同时对电网电压进行动态稳定调节。
该装置主要由负载电流分离、指令电流调节、输出电流控制、驱动电路以及主电路组成，如图1所示。通过检测负载系统中的电能状况来得出实际补偿需要的指令电流。IGBT驱动电路以及主电路合在一起可以作为补偿电流发生电路，它的主要作用是根据指令运算电路发出的补偿指令，产生实际的补偿电流。
装置通过传感器检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与系统中要补偿的量抵消，最终得到期望的电压、电流。
图1 装置结构
3、无功补偿装置应用改进特点
本文提出的低压配电网快拆快装无功补偿装置主要目的是在网架结构、负荷特性、电源特性等发生变化时，或局部点对无功补偿的需求发生较大的变化时，避免固定式的无功补偿装置被弃而不用的情况发生，同时也兼顾当系统中出现局部点需要进行无功补偿时，能快速进行无功补偿，进而快速提高电压质量，避免居民用电投诉的发生，从而提高供电质量的服务水平。针对该装置主要有三个方面的特点。
（1）无功补偿装置以单杆方式安装，并可实现柱上维护，给安装、维护及日后升级带来了便捷，提高了整体的安装效率。
（2）基于电力电子的快拆快装元件模块的开发。将元件设计为集成模块构架，如图2所示，多个功能模块以并联的方式安装于户外箱体内，可以实现设备间的扩容，且模块能进行带电插拔操作，提高了元件可替换性、装置使用效率和扩展性，后期维护也更加便捷。
（3）低压无功补偿容量的适用性研究。对低压无功补偿电容器容量模块进行了优化，集成简易轻便的开口式CT（电流互感器），并研究了更有效的控制器和控制算法，提高了装置的智能化。
4、无功补偿装置应用试验
针对改装好的无功补偿装置，设计三相四线配网的电能测试系统接线图，如图2所示，采用无功模拟源SPS-100/0.4（电流100A）、谐波模拟源SPA4-100/0.4（电流100A）来模拟出实际用电时的电网中的无功损耗和谐波污染现象，检验样机对无功及谐波治理的性能和运行效果。
图2测试系统接线图
连接测试线路时，为了提高配网装置的补偿效果，要求检测到准确的负载电流信号，因此本文采用集成后操作便捷的开口式CT，将其与无功补偿装置结合，以获取线路中准确的电流信号。
在测试过程中，用Fluke 电能质量测试仪检测并记录治理前后的电能质量参数，将无功源和谐波源投入模拟电网后，测试数据如表1所示。从数据中可以看出治理效果是明显的。将无功源和谐波源加入，装置在投入前后，无功功率随时间变化趋势效果如图3所示，谐波电流变化曲线如图4所示，通过时间曲线可以看到，装置可以快速治理无功和谐波电流造成的影响。最终，综合试验结果数据和曲线得出，测试运行的低压配电网快拆快装无功补偿装置可以有效且快速的补偿无功功率、治理电网谐波。
表1 电能质量测试结果
图3装置使用前、后无功功率变化
图4 装置使用前、后谐波电流变化
西双版纳试点地区由于长距离输电和非线性负载的投入使得该地局部地区居民用电功率因数低，无功和谐波污染严重，造成该地局部地区电压不稳定，电能质量差等问题，因此可以充分利用该无功补偿装置的治理优点，以期改善当地电压水平。
5、总结
本文研制的无功补偿装置在网架结构、安装方式、模块化集成等方面进行了改进优化，实现了模块的带电插拔操作，增强其可替换性，简单快速的操作给后期维护升级带来便捷。通过模拟测试试验，该快拆块装无功补偿装置可有效、快速的治理无功及谐波电流，为后期运用在试点地区，解决由输电线路长，用电负荷增长等带来的电能质量恶化等问题打下坚实的基础，从而对提高农网的整体供电能力，和后期推广及带来经济效益具有重要的意义。
参考文献：
[1]陈栋.配电网先进无功补偿装置及其协调运行研究[D].湖南：湖南大学，2009
[2]金立军，安世超，廖黎明.国内外无功补偿研发现状与发展趋势[J].高压电器，2008，44（5）：463-465
[3]李云.配电网无功优化补偿的设计与实现[D].湖南：中南大学，2004
[4]李宏，董瑾.无功补偿技术的研究[J].现代电子技术，2011，34（6）：175-178
[5]董萍，徐良德，刘明波.多站点无功补偿装置的多目标协调控制[J].中国电机工程学报，2014，34（4）：587-595
[6]马勇飞，王沧海，薛俊茹.动态无功补偿装置在配电网长距离输电线路中的研究及应用[J].青海电力，2016，35（3）：42-45
论文作者:周东涛1,尚庆栋1,马超松1,王磊2,李京娜3,张
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/21
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