10kV配電網的智能無功補償裝置研究
理論研究
作者：唐暉
摘要 本文將要介紹的補償裝置是一種智能無功形式的研究方案，對於電參數的采集，本裝置采用的智能模塊為EDA9033K型，很好的解決了10kV高壓配電網無法提供充足的無功補償問題。在對多級電容器組以單片機投切時，其判據是無功缺額和電壓，能徹底解決過補償和投切振蕩問題。且該裝置有方便維修、成本低廉和結構簡單等多項優點，應用範圍廣泛。另外，本文簡單進行了對10kV配電網中低壓補償裝置的分析。
關鍵詞 10kV配電網；智能；補償裝置
中圖分類號TM76 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）77-0044-02
0 引言
隨著科學技術的進步，人類日益增長的物質需求，向電網的建設提出了更為嚴格的要求。不僅從電網的容量上要求成倍擴增，同時與日俱增的對電能質量的要求也不可忽視。電壓值和功率因數在電力係統裏是影響電氣設備利用率的兩個重要因素，兩者與電氣設備的利用率呈正相關，當功率因數或電壓值下降時，電氣設備的利用率也將降低。目前，10kV網損、110kV和35kV網損、超過220kV（包括220kV）網損是3個判定我國電力網損耗的等級標準。1.5：1.1：2.5是網損量的大致比例，當中具有最大降損潛力的是10kV配電網。所以，研究10kV配電網的智能無功補償裝置意義重大。
我國配電網無功優化的目前存在的問題是：補償的主要方式是集中在變電站二次側處補償，其他補償設備如無功補償等相對較舊，數量少，而且還有較大的無功缺額；未能合理配置無功補償裝置，而且，並沒有從根本上有效解決極低的末端電壓和配電線路線損的問題；偏低的自動化程度是無功補償裝置的痼疾，隨機補償，大部分的補償由固定線路色散實現，實時監控無法實現，電力負荷的時間和季節性要求無法得到滿足等等問題。國內無功補償和無功功率皆自動化程度不高、智能化低，動態補償和固定補償不平衡，對配電網智能無功補償方麵的研究前景廣闊。
由於部分低壓配電網無功補償技術已經日趨成熟，應用較廣的有晶閘管投切電容器（TSC）和控製電抗器（TCR）兩種裝置，這些低壓無功補償裝置除了將電容器的投切時刻進行精確控製外，也使過電壓和衝擊電流被大大減少了。不過對於高壓電容電力器提出的投切應用要求，由於可控矽器件耐壓的局限性，還無法達到。目前較多的高壓電容電力器設備采用的投切辦法仍為手動，比較稀少的采用的自動投切設備，是以智能化水平還有待提高。
1 10kV配電網高壓智能無功補償係統的設計及控製思路
1）設計主電路。該智能無功補償裝置的主回路主要有輔助電路、打印通訊及報警接口電路、看門狗、鍵盤、數據存儲電路、驅動投切程序及電路、過壓過零檢測電路、AT89C51芯片和EDA9033K電量采集隻能模塊構成。作為CMOS8位單片機，AT89C51具備性能較高、電壓較低的特點，由美國ATMEL公司生產，片內含16位定時器兩個，I/0口線32個，bytes的Flash閃速內存為4K，計算器，一個5向量兩級中斷結構及一個全雙工串行通信口。AT89C51對許多嵌入式控製應用提供的解決辦法不僅成本較低而且靈活度高；2）介紹EDA9033K及接口電路。對於三相四線製或三相三線製交流電路中的正反向有功電度、頻率、功率因數、無功功率、真有功功率、三相電壓以及三相電流等電參數，EDA9033K均能予以精確測量。0.2為測量頻率、電壓和電流的精度級別，0.5為其他電量精度級別。模塊的供電方式比較多樣化交流80V～265V；+8V～30V以及直流-5V；三相電流（0V～1000A）和三相電壓（0V～500V）為輸入模塊，數字信號以RS-232或RS-485為借口的輸出模塊；約有2種通訊規，分別為十六進製LC-01協議和（ASCII碼）研華ADAM兼容通訊協議；19200Bps、9600Bps、4800Bps、2400Bps、1200Bps的波特率為模塊通訊。采用AC電源輸入、電流輸入、電壓輸入、光電隔離和電磁隔離技術及通訊接口輸出之間完全隔離。大大提高采集信號的精確度和可信度；3）該係統采用集中補償方式，電容器組采用角接。與采用星接時相比，電容節約多大2/3是其優點，並將電抗值為6%的電抗器串聯在電容器中，不僅將合閘湧流限製住，而且也將諧波成功抑製，抑製作用明顯作用於超過5次（包括5次）的高次諧波。基本上消除了諧波諧振的可能；4）該裝置在進行電參數采集時使用的是EDA9033K模塊，這種隻能三相全數字化的電參數數據綜合采集模塊具有很高的性價比。主控製器為AT89C51，極大地簡化了無功補償裝置的結構，更加方便維修管理，也提高了性價比，使得原來的硬件結構也得以極大地簡化，應用市場廣泛。