方 釗

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

10 kV 配電網(wǎng)的電能質(zhì)量與當(dāng)?shù)鼐用裆钯|(zhì)量、生產(chǎn)質(zhì)量息息相關(guān)，提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量一直以來都是重點的研究目標(biāo)[1,2]。對于10 kV 配電網(wǎng)而言，電網(wǎng)質(zhì)量中最為重要的指標(biāo)為有功功率與無功功率[3]，其中無功功率將引起電網(wǎng)電壓波動，進而危害居民用電設(shè)備[4]。10 kV 配電網(wǎng)長時間無功功率較高將導(dǎo)致重大事故，如一些大范圍停電[5]。近來年，諸多通過電力電子器件組成的無功補償裝置得到了廣泛關(guān)注，電能質(zhì)量得到了一定程度的改善[6]。然而，電力電子器件組成的設(shè)備將饋入諧波，進而導(dǎo)致電網(wǎng)電能諧波含量好[7]，因此通常都安裝在變壓器段或者10 kV 配電網(wǎng)線路末端，不適合于定點補償無功功率的場合[8]。使用電容器、電抗器進行無功功率補償也是目前配電網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛的方式[9]，有固定的投入電容器組補償?shù)姆绞絒10]，也有動態(tài)投入電容器組補償?shù)姆绞絒11-12]。

本研究提出了一種包含兩組并聯(lián)電容器的適用于10 kV 配電網(wǎng)的線路補償裝置。該補償裝置的電容器組投切靈活，容量大。由于該線路補償裝置具有2 組電容器組，可將電網(wǎng)運行區(qū)間劃分為17 個區(qū)域，而非單電容器組的9 個區(qū)域。根據(jù)電壓與無功功率兩組信息選擇電容器組的投切模式。為驗證該線路補償裝置與控制策略，在某10 kV 配電網(wǎng)中安裝了該裝置，結(jié)果表明：該線路補償裝置能夠提升電能質(zhì)量。

1 10 kV線路補償裝置拓?fù)?/h2>

圖1 所示為10 kV 線路補償裝置拓?fù)?。圖1 中TV 為電壓互感器，TA、TA1 與TA2 為電流互感器。TV 為非接觸器傳感器，且需為控制器提供電源。TA、TA1、TA2 分別測量10 kV 線路、第一組并聯(lián)電容器與第二組并聯(lián)電容器中的電流。TV、TA、TA1與TA2 僅測量了單相線電壓、單相相電流。通過三相電壓、電流之間的相位關(guān)系獲取其他相的電壓電流信息。控制器可通過電壓、電流信息計算有功功率、功率因數(shù)等信息。FA 為跌落式熔斷器，可保護10 kV 線路補償裝置，實現(xiàn)故障隔離，并給運維人員提供了安全保障。圖中避雷器主要實現(xiàn)防雷保護。QA1 與QA2 均為高壓接觸器，通過QA1 與QA2 的閉合與斷開實現(xiàn)并聯(lián)電容器組C1 與C2 的投切，即圖中控制器的主要控制對象為QA1 與QA2。C1 與C2為并聯(lián)電容器組，均采用星型連接方式。接入電網(wǎng)后，可吸收大量無功，實現(xiàn)電網(wǎng)電能質(zhì)量治理。

圖1 10 kV線路補償裝置拓?fù)?/p>

2 10 kV線路補償裝置控制策略

10 kV 線路補償裝置的投切控制方式較多，如按照功率因數(shù)進行投切，按照無功功率進行投切，按照電壓進行投切，按照電壓與無功功率進行投切，按照電壓與功率因數(shù)進行投切等。

采用按照功率因數(shù)進行投切的方式，當(dāng)線路中有功功率與無功功率同時發(fā)生變化時，功率因數(shù)無法準(zhǔn)確反映無功功率的波動，因此可導(dǎo)致并聯(lián)電容器投切時機錯誤。

采用按照無功功率進行投切與按照電壓進行投切的方式時，當(dāng)線路中的無功功率、電壓處于臨界值附近時，并聯(lián)電容器組會投切頻繁，導(dǎo)致電容器損壞。因此，本研究選擇按照電壓無無功功率進行投切的控制方式，該方法能夠避免出現(xiàn)投切振蕩等問題，并能夠進行實時投切。

圖2 為按照電壓、無功功率進行投切的控制方式的電壓與功率范圍圖。

圖2 控制范圍

圖2 中根據(jù)電網(wǎng)運行的要求，將無功功率與電壓均分為三種狀態(tài)，分別為：合格狀態(tài)、越上限狀態(tài)與越下限狀態(tài)。因此可將工作區(qū)間分為9 個部分，當(dāng)且僅當(dāng)電壓與無功功率均處于合格狀態(tài)時，電網(wǎng)才處于系統(tǒng)正常運行狀態(tài)。

根據(jù)電容器組投切后的電壓預(yù)設(shè)影響定值與無功功率預(yù)設(shè)影響定值可確定兩組電容器切換方式。

2.1 電容器組C1切出，電容器組C2切出

當(dāng)兩組電容器均退出電網(wǎng)時：電壓與無功功率處于區(qū)域0 時，此時兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域2 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域3 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域4 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域5 時，投入電容器組C1。電壓與無功功率處于區(qū)域5-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域6 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域7 時，投入電容器組C1。電壓與無功功率處于區(qū)域7-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域8 時，投入電容器組C1。

2.2 電容器組C1投入，電容器組C2切出

當(dāng)電容器組C1投入，電容器組C2切出時：電壓與無功功率處于區(qū)域0 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域1 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域2 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域3 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域4 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域5 時，電容器組C1 切除，電容器組C2 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域5-1時，此時兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域6 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域7 時，電容器組C2 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域7-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域8 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域9 時，電容器組C2 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域10 時，電容器組C2 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域10-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域11時，電容器組C2投入。

2.3 電容器組C1切除，電容器組C2投入

當(dāng)電容器組C1切出，電容器組C2投入時：電壓與無功功率處于區(qū)域0 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域1 時，電容器組C2 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域2 時，電容器組C2 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域3 時，電容器組C1 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域4 時，電容器組C2 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域5 時，電容器組C1 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域5-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域6 時，電容器組C2 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域7 時，電容器組C1 投入。電壓與無功功率處于區(qū)域7-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域8 時，電容器組C1投入。

2.4 電容器組C1投入，電容器組C2投入

當(dāng)兩組電容器均投入電網(wǎng)時：電壓與無功功率處于區(qū)域0 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域1 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域2 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域4 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域5 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域5-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域6 時，電容器組C1 切除。電壓與無功功率處于區(qū)域7 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域7-1 時，兩組電容器不動作。電壓與無功功率處于區(qū)域8時，兩組電容器不動作。

3 結(jié)果分析

圖3為未安裝線路補償裝置時，在24 h內(nèi)，配電網(wǎng)的功率因數(shù)。圖4為安裝了線路補償裝置后的功率因數(shù)在24 h 內(nèi)的分布。補償前，10 kV 線路的功率因數(shù)總體較低，甚至跌落至0.72，將導(dǎo)致較大的線路損耗，降低系統(tǒng)的運行效率。而補償后，功率因數(shù)多在0.96～1 之間，功率因數(shù)得到了較大的提高，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低線路損耗，提高電能傳輸效率。

圖3 原始功率因數(shù)

圖4 補償后的功率因數(shù)

4 結(jié)論

提出的按照電壓、無功功率進行并聯(lián)電容器組投切控制方法，在負(fù)荷波動較大時也能提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，能夠改善10kV 線路中電能質(zhì)量，提高線路電壓，提高電能運輸效率，經(jīng)濟效益明顯。