浅析无功功率补偿在线监测技术
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摘要：监测无功补偿控制器采用了一系列国内领先的技术和最新的电子元器件,集电网监测仪与无功补偿控制器与一体,不但可以与补偿电容柜连接,补偿电网中的无功损耗,提高功率因数,降低线损,从而提高电网的负载能力和供电质量;同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据，可完成对整个低压配电线路的监测、分析处理、报表管理等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手可靠数据。
关键词：无功补偿 在线监测
一、电力系统无功补偿在线监测技术
1.数据监测功能及抄表功能
实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据，并通过抄表机或无线通讯传送到微机中的数据处理系统，可完成对整个低压配电线路的监测、统计分析、报表输出等综合管理，为低压配电线路的科学管理提供第一手可靠数据。
2.设置功能：
2.1设置和修正本机时钟；
2.2设置口令；
2.3设置通讯波特率；
2.4设置如下控制参数：电压高限值（伏）；延时时间（秒）；投入门限无功电流值（安）；切出门限无功电流值（安）；
2.5具容错功能及软件闭锁功能；
2.6输出回路设置功能；每路均可设置其补偿方式及控制参数。
3.显示功能：
3.1工作状态显示：电源指示灯；滞后、过压、超前、投切状态等工作状态指示。
3.2瞬时测量数据显示：三相电压，三相电流及三相功率因数。
3.3显示其它主要运行数据，包括：频率，三相电压总谐波畸变率，三相电流总谐波畸变率，三相2-19次电压、电流谐波分析，实时日历时钟、当时日历时钟、当前累计有功电量、当前累计无功电量等、CT变比、支路号等。
3.4显示刷新时间：1-10秒，可设置。
4.保护功能：
4.1欠压保护：电压≤设定下限（0.85-0.93UN范围内可调）时，欠无功不投，已投的全切（每5秒切一组）；切除总时间不超过60秒；
4.2过压保护：电压＞设定上限（1.0～1.15UN范围内可调）时，欠无功不投，已投的全切（每5秒切一组）；切除总时间不超过60秒；
4.3失压保护：装置在断电后控制开关自动断开，保证在再通电时各电容器组处于分断状态；
4.4缺相保护：当相电压低于65%额定值时，视为断相，由控制器切除输出回路。
4.5谐波保护：当电压或电流谐波超过电压或电流谐波畸变率上限值（可设定）后，控制器发出指令将各电容器组逐组退出。
5.自检复归功能：
每次通电后，控制器进行自检并复归输出回路使之处于断路状态。
6.防止投切振荡功能：
在每次投入与切出的动作间保持最小5分钟（300秒）的动作间隔，以确保补偿装置在负荷较轻时不出现频繁投切的不良状态。
7.延时功能：
7.1电容器投切延时：10～120秒，可设定；
7.2同一组电容投切时间间隔：≥300秒；
7.3过压时在60秒内将所有电容器组退投
8.谐波监测
可存贮最大谐波电压畸变及对应相和出现时间，最大谐波电流畸变率及对应相和出现时间、最大谐波电压畸变率时对应相的电压的电压基波幅值、最大谐波电流畸变率时对就相对相的电流基波幅值及2-19次谐波电流幅值、实时各相电压电流的基波及2-19谐波幅值、实时各相电压电流的畸变率，在控制器显示屏上可实时显示各次谐波的分量图和分量比。
配电运行综合监测管理系统由配电监测无功补偿控制器、抄表机以及后台综合管理软件等几部分组成。
二、无功功率补偿技术检测存在的问题
1.以重庆市为例，截止到2009年年底，重庆市电力公司直属单位低压无功补偿装置近21000台，分布区域广，其中具备无功监测功能的非常少。
2.巡检难度大、成本高
巡视不具备无功监测功能的无功补偿装置，一般只有两种方法，一是上杆开箱检测，二是目测法。上杆开箱检查耗时长，安全隐患大，且受资金、人力和物力的限制，多数基层供电单位巡视时未采取此方法。
3.出现故障的设备发现不及时，增加了电网的损耗
目测法主要通过巡视人员目测装置外壳是否受损或根据指示灯判断投切情况。由于低压无功补偿装置安装高度较高，运行一段时间后外壳表面灰尘积压较厚，白天光线充足时很难观察到指示灯的状态，也就很难判断投切情况。由于无法及时掌握无功补偿装置的运行情况，已损坏的装置维修更换也不及时，这就导致低压无功负荷无法补偿，配变功率因数低，损耗增大。
三、无功功率补偿技术的发展趋势
1.基于智能控制策略的晶闸管投切电容器(TSC)补偿装置
将微处理器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制任务,从而使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器,由它完成无功功率(功率因数)的测量及分析,进而控制无触点开关的投切,同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。TSC补偿装置操作无涌流,跟踪响应快,并具有各种保护功能,值得大力推广。
2.静止无功发生器(SVG)
静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCOM),是采用GTO构成的自换相变流器,通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功,进行无功补偿,若控制方法得当,SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件,谐波含量小,同容量占地面积小,在系统欠压条件下无功调节能力强,是新一代无功补偿装置的代表,有很大的发展前途。
3.电力有源滤波器
电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术,对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”。因此,电力有源滤波器有很快的响应速度,对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿,并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看,电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式,目前并联型占实用装置的大多数。
4.综合潮流控制器
综合潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)将一个由晶闸管换流器产生的交流电压串入并叠加在输电线相电压上,使其幅值和相角皆可连续变化,从而实现线路有功和无功功率的准确调节,并可提高输送能力以及阻尼系统振荡。UPFC注入系统的无功是其本身装置控制和产生的,并不大量消耗或提供有功功率。UPFC技术是目前电力系统输配电技术的最新发展方向,对电网规划建设和运行将带来重要的影响。
四、谐波测量与保护技术
现在的电网中，电力电子元件的使用越来越多，从而导致系统中的谐波电流含量越来越大。无功补偿装置中的电容器对谐波电流非常敏感，很容易产生谐波放大导致电容器损坏。大部分无功补偿装置中使用热继电器来保护电容器。
电容器属于电流稳定型元件，其电流只与电压和频率有关，与变压器的负荷电流无关，在电压正常没有谐波的情况下电容器不会过载。 在电压过高的情况下完全可以由控制器来实现保护功能，不需要由热继电器来实现保护功能。
在谐波超标的情况下，电容器会出现过载，虽然热继电器可以将电容器切除，但是如果控制器不能够测量谐波，那么就会继续投入新的电容器，出现新的过载现象。如果热继电器设置在自动复位状态，则过一会被切除的电容器还会重新投入运行，继续过载状态，并且会干扰控制器的运行，因为控制器不知道哪些电容器已经被热继电器切除，哪些电容器电容器即将恢复运行。如果热继电器设置在手动复位状态，则最终所有的电容器将统统被切除，在手动复位之前，即使谐波消失，电容器也无法重新投入运行。因此，在谐波严重的情况下，热继电器的保护效果远不如控制器具有谐波保护功能效果好。
综上所述，无功补偿控制器具有谐波检测以及谐波过载保护功能，不仅可以观察系统中的谐波含量，还可以省略热继电器，即提高性能又节约成本。
五、小结
无功补偿技术的应用为电力企业和客户带来了双赢的局面。对客户来讲，合理进行随机补偿，可以降低电流，减少内线损耗，提高设备出力；对供电企业来说，无功补偿技术改造后，配变可以降低损耗，使得配变利用率提高，满足了更多动力客户的供电需求。从一定程度上缓解农村综合变容量不足的矛盾，可以将有限的电网建设资金用得更为合理。根据上述无功功率补偿的情况及出现的问题,今后我国的无功功率补偿的发展方向是:无功功率动态自动无级调节,谐波抑制。
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