【摘要】在電力系統(tǒng)進行自動化檢測設(shè)計的過程中，無功功率的產(chǎn)生是不可避免的。要解決電力無功補償，有源電力濾波器在變化的無功功率大小和頻率方面都能進行很好的補償。本文通過論述無功補償在電力系統(tǒng)中的重要作用，對無功功率產(chǎn)生的原理闡述，對自動化監(jiān)測中的主要技術(shù)環(huán)節(jié)及監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，為今后自動化監(jiān)測技術(shù)的研究及無功補償提供參考。

【關(guān)鍵詞】無功補償;電力系統(tǒng)自動化;監(jiān)控技術(shù)

前言

由于人們的生產(chǎn)和生活對電力的需求量日益增大，那么對電力系統(tǒng)中的供電安全可靠以及電能的質(zhì)量都有了更高的要求。而點昂符合的增大和電源增加，在改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的同時也改變了原有的電源分布，導(dǎo)致系統(tǒng)的無功分布不合理。而電力系統(tǒng)無功的分布合理與否直接關(guān)乎到用戶用電的質(zhì)量，更加對電網(wǎng)的經(jīng)濟和安全造成了影響。因此，解決好電網(wǎng)的無功補償問題，對電力系統(tǒng)的自動化監(jiān)測技術(shù)以及電網(wǎng)的安全運行有著重大意義。

一、無功補償在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在早期的電力系統(tǒng)中多使用傳統(tǒng)式的無源補償裝置，由于時代進步和科技生產(chǎn)生活，電力需求的增加帶動了電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展。而由于當前過大的用電需求，電網(wǎng)傳輸?shù)膲毫χ本€增加，傳統(tǒng)的無源補償式裝置已經(jīng)不能滿足無功率進行的快速動態(tài)補償及對諧波的要求。

有源電力濾波器作為一種新型電力補償裝置，主要作用于電網(wǎng)中對諧波進行動態(tài)抑制，補償無功同時對無功功率分量進行實時補償能夠抑制大小頻率抑制在變化的諧波，因而在電力的濾波領(lǐng)域迅速使用和發(fā)展。有源電力濾波器作為一種主動型的電力電子裝置，主要優(yōu)點是有很強的動態(tài)性和實時性，能夠?qū)嵭星矣行χC波進行抑制。其總體框架如圖1所示：

圖1

將濾波器接入電網(wǎng)的方式進行分類，可以講有源電力濾波器劃分為串聯(lián)、并聯(lián)及混合型。其中串聯(lián)等效于受控電壓源，主要作用于對電網(wǎng)運行中敏感負載的影響進行消除，其中包括：電壓型諧波、系統(tǒng)側(cè)電壓諧波以及電壓波動。由于采用串聯(lián)型的有源濾波器的損耗比并聯(lián)型更大，且其保護電路更為復(fù)雜，因而在實際中的研究運用的并不廣泛?，F(xiàn)階段的多數(shù)電網(wǎng)系統(tǒng)在設(shè)計中常采用混合型或是并聯(lián)型，其中串聯(lián)型作為混合型的一部分應(yīng)用于電網(wǎng)中。

在混合型的有源電力濾波器中，主要通過使用容量較大的源L-C 濾波網(wǎng)絡(luò)來進行和承擔無功補償?shù)娜蝿?wù)。通過消除低次諧波，從而降低有源濾波的電流及電壓值。但這種工作方式的濾波器只能應(yīng)用于對特定負荷的電網(wǎng)進行補償，如果電網(wǎng)系統(tǒng)負荷的運行出現(xiàn)了過大變化時，這種方式不再適用于電網(wǎng)系統(tǒng)，難以達到補償需求。

而并聯(lián)型的有源濾波器采用較為廣泛且技術(shù)也較為成熟，其對諧波的抑制效果較好，能夠很好地額進行無功補償。因此在電網(wǎng)系統(tǒng)中得到了充分的研究，后能夠很好的應(yīng)用于實踐當中。其主要作用的場景應(yīng)用包括：無功補償、對電流源型的分現(xiàn)行負載中的諧波電流進行抵銷、同時對三相系統(tǒng)中出現(xiàn)的不平衡電流進行平衡等。

二、無功補償?shù)脑?/p>

根據(jù)正弦電路中定壓和電流的定義，可以將其表示為：

u=√2U sinωt;

i=√2sin（ωt-φ）

=√2Icosφsinωt-√2Isinφcosωt

其中。U是均值電壓，I是均值電流，ωt是電壓和電流隨時間而變化的相位，φ是電流之后電壓的相角。有功功率P和無功功率Q表示為：

P=UIcosφ

Q=UIsinφ

當電路中電壓電流同相位時，即cosφ=0，P最大，則Q為0。當電力系統(tǒng)運行中，由于存在感性或容性的負載，會使電壓電流相位發(fā)生變化，因而存在無功功率，有功功率不能達到最大，因此電網(wǎng)中需要對無功功率進行補償。無功功率補償?shù)脑硇噪娐啡鐖D2所示：

圖2

將電流分為兩個分量Icosφ，Isinφ，Isinφ的相位和電壓相位差90度，因而產(chǎn)生了無功功率。在自動化的電網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控中對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行采集，通過信號的采集模塊將金浩進行轉(zhuǎn)換和分解，得出基波電流的分量，完成無功功率的補償。

三、自動化監(jiān)測的主要技術(shù)環(huán)節(jié)

1.數(shù)據(jù)采集

在對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，首先是對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行采集，采用常規(guī)的數(shù)據(jù)采集裝置進行采集，采集的數(shù)據(jù)包括反應(yīng)電網(wǎng)運行狀況的數(shù)據(jù)、故障警告相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)、所有狀態(tài)欄和模擬量，采用保護裝置對保護的定值、運行故障及動作信息等。

（1）狀態(tài)量：主要包括隔離開關(guān)、接地刀閘、斷路器狀態(tài)信息以及變壓器分接頭位置等。通過雙位置接點對較為重要的狀態(tài)量進行采集，即采用00、11 分別表示兩個狀態(tài)，以確保能夠精確無誤地反映斷路器的位置信息，防止由于繼電器觸點抖動或者失效引起誤報。

（2）模擬量：主要通過對多段進、出線回路電路和功率及母線電壓采樣，直接對電流電壓產(chǎn)生的交流參數(shù)進行采樣。

（3）脈沖量：采集繼電保護說，包括采集動作信號、保護狀態(tài)及定值等沖脈數(shù)據(jù)。

2.操作與控制閉鎖

控制閉鎖包括出口具有合閉鎖功能、控制屏幕及并發(fā)現(xiàn)控制閉鎖功能;根據(jù)實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)，能夠?qū)Φ蛿嗦菲骱透綦x開關(guān)進行遠程操控，調(diào)節(jié)操作變壓器的分接頭，通過電容器組的切換達到對斷路器進行閉鎖操作。

3.事件記錄和故障錄波

根據(jù)電力系統(tǒng)的現(xiàn)場運行需求，可以選擇兩種方式對開關(guān)跳合、保護動作的采樣序列記錄集低電壓故障進行監(jiān)測報告。第一，可以采用危機保護裝置進行測距的計算，將其數(shù)據(jù)結(jié)果和處理后的波形傳輸?shù)綄崟r監(jiān)控系統(tǒng)之中，完成數(shù)據(jù)的儲存和記錄。第二，使用專用的微機錄波器，對故障進行計算，保證了系統(tǒng)的通訊暢通。

4.和遠程調(diào)度中心通信

將所采集的、數(shù)字量、狀態(tài)量及繼電保護信息進行實時傳送到調(diào)度控制中心，接受從中性能發(fā)出的定值、調(diào)節(jié)或是控制操作命令。

四、自動化監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計

由于有源電力濾波器能夠有效動態(tài)對電力系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的諧波進行抑制，同時對無功功率進行補償，因而在電力工程中得到了廣泛的實踐及運用。而在監(jiān)控系統(tǒng)中，硬件的設(shè)計時系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其運行穩(wěn)定和合理布局等參數(shù)的正確配置影響到整個自動化系統(tǒng)的運行及監(jiān)控效果。硬件的良好時系統(tǒng)進行功能操作的重要前提，也對效率的優(yōu)化起到重大作用。

1.監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程

采用數(shù)據(jù)采集模塊對電流電壓進行信號采集，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至采樣端口A/D進行數(shù)據(jù)的操作處理，其過程主要包括A/D及FFT頻譜分析等，通過對幅值、相位的計算，算出基波無功電流值。在這個過程中會產(chǎn)生控制信號，驅(qū)動產(chǎn)生電壓補償?shù)男盘?，確保產(chǎn)生信號與原諧波的等幅值和等頻率的相位相差180度，將其數(shù)據(jù)結(jié)果返至電網(wǎng)進行無功補償。監(jiān)控系統(tǒng)的顯示模塊能夠?qū)?shù)進行實時顯示，操作人員可以對其其進行操控。采用報警模塊能夠確保監(jiān)控系統(tǒng)和遠程PC間的數(shù)據(jù)交換。

2.控制核心部分

自動化的監(jiān)控系統(tǒng)的信息具有實時性，包括了大量的數(shù)據(jù)且信號傳輸速度快，同時要完成大量的管理工作。在系統(tǒng)設(shè)計時處理器應(yīng)當選擇高端數(shù)字信號處理器，其優(yōu)點在于將集微控制器和高性能的DSP合為一體，對信號的處理和功能控制，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的算法，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行的監(jiān)控目標。

3.數(shù)據(jù)采集部分

為了消除電網(wǎng)中所產(chǎn)生的諧波進行無功補償，已歸檔對多種數(shù)據(jù)進行采集分析。其中包括數(shù)據(jù)的采樣和變換及處理。當被測信號進入系統(tǒng)之后，需要對信號進行預(yù)處理。首先對電平進行提升，同時采用精確時序捕捉過零，滿足DSP的采用需求。

五、結(jié)語

在解決電力系統(tǒng)的無功補償方案設(shè)計方面，由于傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補償技術(shù)存在著缺點和不足，無法很好的滿足補償需求。而有源電力濾波器的無功補償方式較為理想，對變化的無功和頻率大小變化都能夠進行很好的補償，因此在電力系統(tǒng)自動化的監(jiān)控設(shè)計的項目建設(shè)時，選用有源濾波器能夠動態(tài)抑制諧波的裝置，能夠達到很好的抑制目的，完成無功補償。

參考文獻

[1]于慶武.基于無功補償?shù)碾娏ο到y(tǒng)自動化監(jiān)控技術(shù)研究[J].硅谷.2013，18.

[2]李莉，黃曉璐，周國華.基于無功補償?shù)碾娏ο到y(tǒng)自動化監(jiān)控技術(shù)研究[J].

作者簡介：杜秀華（1963—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院青峰嶺教學(xué)電廠，主要從事管理工作。