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探讨分布式智能无功补偿技术研究

发布时间：2017-09-06

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发布者：未知

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襄阳源创电气有限公司王工告诉我们：智能电网的建设带动了新能源的发展，以光伏、风能、生物质能、沼气等为代表的分布式能源大量入网，与此同时，分布式能源由于容量小、随机性大、间歇性强而给电能质量带来一定影响，并入电网后可能引起电网功率因数降低。因此，有必要研究分布式智能无功补偿技术，为电力系统提供优质、高效、绿色的电能。

1 分布式电源接入对电网的影响

分布式电源（Distributed Generation）简称DG，功率在数千瓦到50MW之间，且不直接和输电系统相连。分布式电源接入后，能够起到系统调峰、丰富能源结构、提升供电可靠性的作用，但与此同时，由于自身具有间歇性、随机性等特征，分布式电源的接入将给电网带来冲击，并具有一定的谐波污染，分支电流的存在还将对继电保护的方向性造成影响。因此，有必要对分布式电源采取无功补偿和谐波抑制措施。

2 分布式智能无功补偿技术研究

2.1 分布式智能无功补偿的控制策略

分布式电源接入的电网无功需求在实时变化，因此需要进行动态实时补偿。分布式智能无功补偿在分布式电源的入网侧进行无功补偿和滤波，采用智能型无功控制策略。分布式智能无功补偿系统集数据采集、处理、运算、控制、通信、保护于一体，采集系统中的模拟量，跟踪分布式电源系统的无功功率变化，并以无功功率为控制量，以目标功率因数为投切参考限值，按照模糊控制策略，通过智能控制器进行无功补偿装置的投切控制，并配备分布式电源的智能综合保护。

2.2 分布式智能无功补偿技术

2.2.1 无源型分布式智能无功补偿

由多个智能型无功补偿模块组成，采用LC无源元件进行无功补偿，LC元件产生感性无功和容性无功，对电网进行无功补偿。系统根据采集到的无功功率情况进行分析，向各个模块发出投切命令，采用合适的无功补偿策略，多个无功补偿模块之间能够联网运行、协调工作，进行无功补偿容量的扩充。

2.2.2 智能控制器

智能控制器是分布式智能无功补偿技术的核心，它使用高速的DSP信号处理器来采样，实现对分布式电源接入电网的电能质量实时监测，采样后的模拟量经过快速傅里叶变换后进行运算，输出相应的遥控和遥调信号，完成瞬时动态控制，智能控制器通过内嵌的数据采集模块、通信模块、控制模块和监测模块来完成相应的监测、控制和保护功能。

2.2.3 智能综合保护

各无功补偿装置在电网中运行，必须配备相应的综合保护。电容器的运行端电压不能突变，在投入和切除的过程中，会产生一定的冲击电流，此外，系统的过压或欠压、缺相、断电等工况也可能导致电容器故障。因此，智能综合保护配备过欠压、缺相、过流、过载、不平衡等保护功能，一旦无功补偿装置出现故障，将实时报警或动作于跳闸，及时排除故障。

2.2.4 智能有源滤波器

分布式电源接入的电网除了进行无功补偿外，还需要滤除自关断电力电子产生的高次谐波，避免对电网造成谐波污染。智能有源滤波器适用于分布式电源，与无源滤波器相区别的是，智能有源滤波器能够向交流电网注入一个与谐波电流大小相等、相位相反的补偿电流，用以补偿负载注入电网的谐波电流。智能有源滤波器由静止功率变流器组成，具有较好的可控性和快速响应性。

2.3 对分布式智能无功补偿装置设计的探讨

2.3.1 分布式智能无功补偿装置算法流程

装置上电并使能看门狗后，通过高速DSP和16位A/D转换器对采集到的电网信息（电压、电流、频率等）进行处理，采样通道经过GPS同步，误差在2ms以内。对采样数据进行数字滤波后，使用快速傅里叶算法进行计算，再经过精度校正环节，得出三相无功功率、功率因数、频率等值。计算结果能够通过客户端显示，并上送服务器实现保护控制功能。

2.3.2 分布式智能无功补偿装置控制功能的实现

装置采集模拟量并计算出实时无功功率后，进行如图1所示的逻辑判断：投入无功门限，当分布式电源接入的电网实时无功功率大于投入无功门限时，自动闭合断路器并投入电容器，对系统进行无功补偿。当电网实时无功功率过大，已经超过切除无功门限时，表明电网无功功率已经过剩，需要切除断路器并断开电容器。

2.3.3 分布式智能无功补偿装置的谐波越限优化

针对分布式电源接入后产生的高次谐波问题，应该进行适当的谐波越限优化，以防止因为谐波污染导致的电容器老化和击穿。分布式智能无功补偿装置根据采集到的数据计算出实

时电流谐波畸变率（THD）并进行判断，当THD的值超过警戒值时，制定运行时间与离线时间间隔，提升无功补偿设备的寿命和抗谐波能力;当THD的值过大，超过切除定值时，应立即切除无功补偿装置，避免设备损坏。

2.3.4 分布式智能无功补偿装置的同步投切技术

电容器是分布式电源接入的电网内重要的无功补偿设备，传统的电容器投切方式控制精度较低，可能存在多个电容器之间不同步投入的情况，容易产生较大的涌流和过电压，影响电能质量和电气设备安全。同步投切技术就是研究电容器组的同步投切，抑制暂态冲击。

由于电容器投切时产生的涌流大小与系统初始相角密切相关，可以通过控制电容器在电压和电流波形的特定角度处分合闸来实现同步投切，这也是同步投切技术的难点所在。分布式智能无功补偿装置输出DSP指令到驱动执行单元，并控制断路器永磁机构的跳合闸线圈，触发大功率IGBT的导通和闭合，控制补偿电容器的投入或切除，通过电压过零关断和控制断路器分断时的燃弧时间，削弱电磁暂态冲击。

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