基于无功补偿的电力系统自动化监控技术的研究

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【摘要】在电力系统进行自动化检测设计的过程中，无功功率的产生是不可避免的。要解决电力无功补偿，有源电力滤波器在变化的无功功率大小和频率方面都能进行很好的补偿。本文通过论述无功补偿在电力系统中的重要作用，对无功功率产生的原理阐述，对自动化监测中的主要技术环节及监测中的关键技术进行分析，为今后自动化监测技术的研究及无功补偿提供参考。

【关键词】无功补偿;电力系统自动化;监控技术

前言

由于人们的生产和生活对电力的需求量日益增大，那么对电力系统中的供电安全可靠以及电能的质量都有了更高的要求。而点昂符合的增大和电源增加，在改变电网结构的同时也改变了原有的电源分布，导致系统的无功分布不合理。而电力系统无功的分布合理与否直接关乎到用户用电的质量，更加对电网的经济和安全造成了影响。因此，解决好电网的无功补偿问题，对电力系统的自动化监测技术以及电网的安全运行有着重大意义。

一、无功补偿在电力系统中的应用

在早期的电力系统中多使用传统式的无源补偿装置，由于时代进步和科技生产生活，电力需求的增加带动了电力行业的蓬勃发展。而由于当前过大的用电需求，电网传输的压力直线增加，传统的无源补偿式装置已经不能满足无功率进行的快速动态补偿及对谐波的要求。

有源电力滤波器作为一种新型电力补偿装置，主要作用于电网中对谐波进行动态抑制，补偿无功同时对无功功率分量进行实时补偿能够抑制大小频率抑制在变化的谐波，因而在电力的滤波领域迅速使用和发展。有源电力滤波器作为一种主动型的电力电子装置，主要优点是有很强的动态性和实时性，能够实行且有效对谐波进行抑制。其总体框架如图1所示：

图1

将滤波器接入电网的方式进行分类，可以讲有源电力滤波器划分为串联、并联及混合型。其中串联等效于受控电压源，主要作用于对电网运行中敏感负载的影响进行消除，其中包括：电压型谐波、系统侧电压谐波以及电压波动。由于采用串联型的有源滤波器的损耗比并联型更大，且其保护电路更为复杂，因而在实际中的研究运用的并不广泛。现阶段的多数电网系统在设计中常采用混合型或是并联型，其中串联型作为混合型的一部分应用于电网中。

在混合型的有源电力滤波器中，主要通过使用容量较大的源L-C 滤波网络来进行和承担无功补偿的任务。通过消除低次谐波，从而降低有源滤波的电流及电压值。但这种工作方式的滤波器只能应用于对特定负荷的电网进行补偿，如果电网系统负荷的运行出现了过大变化时，这种方式不再适用于电网系统，难以达到补偿需求。

而并联型的有源滤波器采用较为广泛且技术也较为成熟，其对谐波的抑制效果较好，能够很好地额进行无功补偿。因此在电网系统中得到了充分的研究，后能够很好的应用于实践当中。其主要作用的场景应用包括：无功补偿、对电流源型的分现行负载中的谐波电流进行抵销、同时对三相系统中出现的不平衡电流进行平衡等。

二、无功补偿的原理

根据正弦电路中定压和电流的定义，可以将其表示为：

u=√2U sinωt;

i=√2sin（ωt-φ）

=√2Icosφsinωt-√2Isinφcosωt

其中。U是均值电压，I是均值电流，ωt是电压和电流随时间而变化的相位，φ是电流之后电压的相角。有功功率P和无功功率Q表示为：

P=UIcosφ

Q=UIsinφ

当电路中电压电流同相位时，即cosφ=0，P最大，则Q为0。当电力系统运行中，由于存在感性或容性的负载，会使电压电流相位发生变化，因而存在无功功率，有功功率不能达到最大，因此电网中需要对无功功率进行补偿。无功功率补偿的原理性电路如图2所示：

图2

将电流分为两个分量Icosφ，Isinφ，Isinφ的相位和电压相位差90度，因而产生了无功功率。在自动化的电网系统的监控中对监控数据进行采集，通过信号的采集模块将金浩进行转换和分解，得出基波电流的分量，完成无功功率的补偿。

三、自动化监测的主要技术环节

1.数据采集

在对监控系统进行设计的时候，首先是对电网数据进行采集，采用常规的数据采集装置进行采集，采集的数据包括反应电网运行状况的数据、故障警告相关参数数据、所有状态栏和模拟量，采用保护装置对保护的定值、运行故障及动作信息等。

（1）状态量：主要包括隔离开关、接地刀闸、断路器状态信息以及变压器分接头位置等。通过双位置接点对较为重要的状态量进行采集，即采用00、11 分别表示两个状态，以确保能够精确无误地反映断路器的位置信息，防止由于继电器触点抖动或者失效引起误报。

（2）模拟量：主要通过对多段进、出线回路电路和功率及母线电压采样，直接对电流电压产生的交流参数进行采样。

（3）脉冲量：采集继电保护说，包括采集动作信号、保护状态及定值等冲脉数据。

2.操作与控制闭锁

控制闭锁包括出口具有合闭锁功能、控制屏幕及并发现控制闭锁功能;根据实时的监控数据，能够对低断路器和隔离开关进行远程操控，调节操作变压器的分接头，通过电容器组的切换达到对断路器进行闭锁操作。

3.事件记录和故障录波

根据电力系统的现场运行需求，可以选择两种方式对开关跳合、保护动作的采样序列记录集低电压故障进行监测报告。第一，可以采用危机保护装置进行测距的计算，将其数据结果和处理后的波形传输到实时监控系统之中，完成数据的储存和记录。第二，使用专用的微机录波器，对故障进行计算，保证了系统的通讯畅通。

4.和远程调度中心通信

将所采集的、数字量、状态量及继电保护信息进行实时传送到调度控制中心，接受从中性能发出的定值、调节或是控制操作命令。

四、自动化监控系统关键设计

由于有源电力滤波器能够有效动态对电力系统运行中产生的谐波进行抑制，同时对无功功率进行补偿，因而在电力工程中得到了广泛的实践及运用。而在监控系统中，硬件的设计时系统的基础，其运行稳定和合理布局等参数的正确配置影响到整个自动化系统的运行及监控效果。硬件的良好时系统进行功能操作的重要前提，也对效率的优化起到重大作用。

1.监控系统的工作流程

采用数据采集模块对电流电压进行信号采集，将采集到的数据传输至采样端口A/D进行数据的操作处理，其过程主要包括A/D及FFT频谱分析等，通过对幅值、相位的计算，算出基波无功电流值。在这个过程中会产生控制信号，驱动产生电压补偿的信号，确保产生信号与原谐波的等幅值和等频率的相位相差180度，将其数据结果返至电网进行无功补偿。监控系统的显示模块能够对参数进行实时显示，操作人员可以对其其进行操控。采用报警模块能够确保监控系统和远程PC间的数据交换。

2.控制核心部分

自动化的监控系统的信息具有实时性，包括了大量的数据且信号传输速度快，同时要完成大量的管理工作。在系统设计时处理器应当选择高端数字信号处理器，其优点在于将集微控制器和高性能的DSP合为一体，对信号的处理和功能控制，能够实现复杂的算法，从而实现电力系统运行的监控目标。

3.数据采集部分

为了消除电网中所产生的谐波进行无功补偿，已归档对多种数据进行采集分析。其中包括数据的采样和变换及处理。当被测信号进入系统之后，需要对信号进行预处理。首先对电平进行提升，同时采用精确时序捕捉过零，满足DSP的采用需求。

五、结语

在解决电力系统的无功补偿方案设计方面，由于传统的谐波抑制和无功补偿技术存在着缺点和不足，无法很好的满足补偿需求。而有源电力滤波器的无功补偿方式较为理想，对变化的无功和频率大小变化都能够进行很好的补偿，因此在电力系统自动化的监控设计的项目建设时，选用有源滤波器能够动态抑制谐波的装置，能够达到很好的抑制目的，完成无功补偿。

参考文献

[1]于庆武.基于无功补偿的电力系统自动化监控技术研究[J].硅谷.2013，18.

[2]李莉，黄晓璐，周国华.基于无功补偿的电力系统自动化监控技术研究[J].

作者简介：杜秀华（1963―），男，大学本科，现就职于四川电力职业技术学院青峰岭教学电厂，主要从事管理工作。