探討分布式智能無功補償技術(shù)研究

    智能電網(wǎng)的建設帶動了新能源的發(fā)展，以光伏、風能、生物質(zhì)能、沼氣等為代表的分布式能源大量入網(wǎng)，與此同時，分布式能源由于容量小、隨機性大、間歇性強而給電能質(zhì)量帶來一定影響，并入電網(wǎng)后可能引起電網(wǎng)功率因數(shù)降低。因此，有必要研究分布式智能無功補償技術(shù)，為電力系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)、高效、綠色的電能。

　　1 分布式電源接入對電網(wǎng)的影響

　　分布式電源（Distributed Generation）簡稱DG，功率在數(shù)千瓦到50MW之間，且不直接和輸電系統(tǒng)相連。分布式電源接入后，能夠起到系統(tǒng)調(diào)峰、豐富能源結(jié)構(gòu)、提升供電可靠性的作用，但與此同時，由于自身具有間歇性、隨機性等特征，分布式電源的接入將給電網(wǎng)帶來沖擊，并具有一定的諧波污染，分支電流的存在還將對繼電保護的方向性造成影響。因此，有必要對分布式電源采取無功補償和諧波抑制措施。

　　2 分布式智能無功補償技術(shù)研究

　　2.1 分布式智能無功補償?shù)目刂撇呗?/span>

　　分布式電源接入的電網(wǎng)無功需求在實時變化，因此需要進行動態(tài)實時補償。分布式智能無功補償在分布式電源的入網(wǎng)側(cè)進行無功補償和濾波，采用智能型無功控制策略。分布式智能無功補償系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、處理、運算、控制、通信、保護于一體，采集系統(tǒng)中的模擬量，跟蹤分布式電源系統(tǒng)的無功功率變化，并以無功功率為控制量，以目標功率因數(shù)為投切參考限值，按照模糊控制策略，通過智能控制器進行無功補償裝置的投切控制，并配備分布式電源的智能綜合保護。

　　2.2 分布式智能無功補償技術(shù)

　　2.2.1 無源型分布式智能無功補償

　　由多個智能型無功補償模塊組成，采用LC無源元件進行無功補償，LC元件產(chǎn)生感性無功和容性無功，對電網(wǎng)進行無功補償。系統(tǒng)根據(jù)采集到的無功功率情況進行分析，向各個模塊發(fā)出投切命令，采用合適的無功補償策略，多個無功補償模塊之間能夠聯(lián)網(wǎng)運行、協(xié)調(diào)工作，進行無功補償容量的擴充。

　　2.2.2 智能控制器

　　智能控制器是分布式智能無功補償技術(shù)的核心，它使用高速的DSP信號處理器來采樣，實現(xiàn)對分布式電源接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量實時監(jiān)測，采樣后的模擬量經(jīng)過快速傅里葉變換后進行運算，輸出相應的遙控和遙調(diào)信號，完成瞬時動態(tài)控制，智能控制器通過內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、控制模塊和監(jiān)測模塊來完成相應的監(jiān)測、控制和保護功能。

　　2.2.3 智能綜合保護

　　各無功補償裝置在電網(wǎng)中運行，必須配備相應的綜合保護。電容器的運行端電壓不能突變，在投入和切除的過程中，會產(chǎn)生一定的沖擊電流，此外，系統(tǒng)的過壓或欠壓、缺相、斷電等工況也可能導致電容器故障。因此，智能綜合保護配備過欠壓、缺相、過流、過載、不平衡等保護功能，一旦無功補償裝置出現(xiàn)故障，將實時報警或動作于跳閘，及時排除故障。

　　2.2.4 智能有源濾波器

　　分布式電源接入的電網(wǎng)除了進行無功補償外，還需要濾除自關(guān)斷電力電子產(chǎn)生的高次諧波，避免對電網(wǎng)造成諧波污染。智能有源濾波器適用于分布式電源，與無源濾波器相區(qū)別的是，智能有源濾波器能夠向交流電網(wǎng)注入一個與諧波電流大小相等、相位相反的補償電流，用以補償負載注入電網(wǎng)的諧波電流。智能有源濾波器由靜止功率變流器組成，具有較好的可控性和快速響應性。

　　2.3 對分布式智能無功補償裝置設計的探討

　　2.3.1 分布式智能無功補償裝置算法流程

　　裝置上電并使能看門狗后，通過高速DSP和16位A/D轉(zhuǎn)換器對采集到的電網(wǎng)信息（電壓、電流、頻率等）進行處理，采樣通道經(jīng)過GPS同步，誤差在2ms以內(nèi)。對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波后，使用快速傅里葉算法進行計算，再經(jīng)過精度校正環(huán)節(jié)，得出三相無功功率、功率因數(shù)、頻率等值。計算結(jié)果能夠通過客戶端顯示，并上送服務器實現(xiàn)保護控制功能。

　　2.3.2 分布式智能無功補償裝置控制功能的實現(xiàn)

　　裝置采集模擬量并計算出實時無功功率后，進行如圖1所示的邏輯判斷：投入無功門限，當分布式電源接入的電網(wǎng)實時無功功率大于投入無功門限時，自動閉合斷路器并投入電容器，對系統(tǒng)進行無功補償。當電網(wǎng)實時無功功率過大，已經(jīng)超過切除無功門限時，表明電網(wǎng)無功功率已經(jīng)過剩，需要切除斷路器并斷開電容器。

　　2.3.3 分布式智能無功補償裝置的諧波越限優(yōu)化

　　針對分布式電源接入后產(chǎn)生的高次諧波問題，應該進行適當?shù)闹C波越限優(yōu)化，以防止因為諧波污染導致的電容器老化和擊穿。分布式智能無功補償裝置根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)計算出實

　　時電流諧波畸變率（THD）并進行判斷，當THD的值超過警戒值時，制定運行時間與離線時間間隔，提升無功補償設備的壽命和抗諧波能力;當THD的值過大，超過切除定值時，應立即切除無功補償裝置，避免設備損壞。

　　2.3.4 分布式智能無功補償裝置的同步投切技術(shù)

　　電容器是分布式電源接入的電網(wǎng)內(nèi)重要的無功補償設備，傳統(tǒng)的電容器投切方式控制精度較低，可能存在多個電容器之間不同步投入的情況，容易產(chǎn)生較大的涌流和過電壓，影響電能質(zhì)量和電氣設備安全。同步投切技術(shù)就是研究電容器組的同步投切，抑制暫態(tài)沖擊。

　　由于電容器投切時產(chǎn)生的涌流大小與系統(tǒng)初始相角密切相關(guān)，可以通過控制電容器在電壓和電流波形的特定角度處分合閘來實現(xiàn)同步投切，這也是同步投切技術(shù)的難點所在。分布式智能無功補償裝置輸出DSP指令到驅(qū)動執(zhí)行單元，并控制斷路器永磁機構(gòu)的跳合閘線圈，觸發(fā)大功率IGBT的導通和閉合，控制補償電容器的投入或切除，通過電壓過零關(guān)斷和控制斷路器分斷時的燃弧時間，削弱電磁暫態(tài)沖擊。