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摘 要： 凭借用电信息采集系统平台，综合应用智能网络通讯技术过零投切技术、多种规格电容器搭配混合补偿技术及共补、分补结合补偿技术及温度保护技术等多项先进技术，拓展公变无功补偿使用功能，弥补传统常规无功补偿的缺陷，深化用电信息采集系统应用，以满足城乡电网改造和智能电网建设以及用电信息采集系统对无功补偿的智能化、高效节能﹑降低线损﹑提高功率因数和电能质量以及用户满意度等要求。
关键词： 无功补偿；智能化；技术
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010007－02
1 智能化无功补偿电容器控制技术
1.1 智能网络通讯技术
电力系统中，因控制器损坏导致整个系统瘫痪，退出运行情况时有发生。采用智能网络技术，通过构建485通讯网络，将多台电容器并联，以地址码最小者为主机，其余为从机，组成低压无功自动控制系统，并使之自动生成一个网络。个别从机出现故障时会自动退出，不会影响到系统运行；主机出现故障时也会自动退出运行，由从其余从机中产生的一个新主机，组成一个新系统，继续正常运行。系统不需要配置控制器，也就解决了常规功率因数控制器易损坏的问题。
1.2 过零投切技术
传统无功补偿方式多采用交流接触器投切，电容器和电网极易出现被投切电容器时产生的涌流频繁冲击而导致的电容器容量衰减、寿命降低、熔断器被击穿、交流接触器断弧或损坏等结果。采用微电子技术和过零投切技术，利用CPU对电压和电流的正弦波进行交流采样，并根据功率因数变化，在需要增加无功时，在电压过零点投入电容器；在需要减少无功时，在电流过零点切除电容器。从而减少了浪涌电流，解决了投切涌流问题。
1.3 多种规格电容器搭配混合补偿技术
常规的无功补偿系统多采用单规格、等容量的电容器，易出现某一单只电容器因容量过大而补偿精度欠佳问题。采用微电子智能网路技术和多种规格电容器搭配混合补偿技术，将每只电容器的网络地址、容量大小等信息都记录在CPU上，使无功补偿系统根据相同容量电容器循环投切，不同容量电容器适补投切原则，随意搭配多种不同容量的电容器，以粗补与细补兼顾提高补偿效果。
1.4 共补与分补结合补偿技术
生活、办公用电有很多是处于中性线上电流偏大、三相功率因数不等、无法正确补偿等三相不平衡状态。若以某一相功率因数为标准进行三相补偿，易导致其他两相出现过补或欠补现象。采用共补与分补结合补偿技术，以三相补偿与单相补偿结合的混合补偿方式，有效解决了三相失衡状态下的无功补偿问题。
2 我国无功补偿系统的基本情况
早在上个世纪90年代的中期，为了缓解电力的供需矛盾，电力公司就尝试通过用电信息采集系统来解决问题，在这个阶段，用电信息采集系统主要集中在电力负荷控制系统方面，功能相对单一。随后，为了减少抄表人员，集约开支，重庆市电力公司又尝试着采用了远程抄表系统。用电信息采集系统出不形成了大致的框架。而到了本世纪，随着信息技术的不断发展和完善，用电客户对于供电的稳定性以及电力公司服务的质量都提出了更高的要求，在这样的前提下，重庆市的用电采集系统也逐渐突破了传统的限电功能和超标功能。更多离线功能或者在线功能开始出现，包括但不限于终端数据的采集、信息的发布、远程监视与控制、预购电、数据分析以及信息的共享等等，并且用电采集系统依托于互联网技术实现了全面的终端网络覆盖，在新的形势下，能够为电力公司的发展提供更多的帮助。
从目前来看，我国电力公司对用电采集系统的应用是非常广泛的，而且用电采集系统本身也成为了电力公司在用电营销管理中一种不可或缺的技术支持，为做好电力公司的用电需求侧管理，并且加强与用电客户之间的信息交流，提供了一个非常重要的信息交流的技术平台。在十几年的实际使用过程中，这套系统充分的发挥了它的作用，为电力公司的发展提供了许多的数据支撑，使得客户与用电公司之间的交流有了强有力的保障。
从目前电力市场化改革的趋势来看，电力需求侧管理是电力公司在未来很长一段时间内要做好的一个非常重要的工作。电力需求侧管理有利于引导用户改变用电方式，节约电量，并为其提供电力服务，这就需要供需双方实现信息沟通。然而，从目前的电力公司应用的用电采集系统来看，还无法做到通过系统全面掌握用户的用电情况，以及存在的各种安全隐患，因而也无法做到更好的电力需求侧管理。
3 利用智能化技术进行无功补偿的优化设计
以电力调度自动化程度提高、通道可靠性增强及变电站设备遥控功能的成熟完善为基础条件，建立基于调度自动化SCADA系统的全局无功电压优化集中控制系统，使系统能够实时展示和评估所有无功补偿设备的分布情况、工作情况和投切状态，实现配电网电压无功优化运行与设备动作次数适实调节的最佳组合，以保证电网运行的稳定性、安全性与经济性，进而保证用户电气设备的安全使用和充分利用。
3.1 设计思路
系统通过采用新技术手段与科学计算方法，将潮流计算与灵敏度分析相结合，合理选择无功补偿点以及补偿容量，合理分布电力系统无功潮流，形成最优无功优化控制策略，进行配电网区域无功优化，以实现全网范围内的无功补偿，降低网损线损、减少设备动作次数，提高系统电压稳定性、功率因数及电能质量。并在此基础上增加电网容量和无功电源容量及网络传输能力，以满足用户需求。
3.2 设计原理
设计原理系统根据SCADA系统或是独立无功补偿监控系统对于全网数据可以做到历史数据的采集和实时数据的检测，对于全网数据的监测可以通过最少的配电网区域电能损耗和最少设备动作次数为约束条件的运行优化算法，设定出相应的控制策略，以进行对无功补偿设备投切与有载调压变压器分接开关的控制；并借助SCADA的“四遥”功能，由调度控制中心自动执行控制指令，或通过独立无功补偿监控系统下达及执行控制策略，以实现地区电网电压的无功优化运行。
3.3 系统结构
系统主要由无功补偿装置监控子系统和无功优化智能分析软件子系统组成。
1）无功补偿装置监控子系统。无功补偿装置监控子系统主要由通讯控制、数据库、数据分析和数据处理等功能模块组成,负责包括设备温度、工作电压与电流、当前电容器的投切组数和动作次数等无功补偿装置自身的工作情况的监控，以及无功补偿装置所处工作点的电压和电流、有功和无功功率、功率因数及频率等多种参数的测量和采集；并负责根据数据分析模块的控制指令，完成现场电容器组的投切。系统还具有设置报表分析和故障报警等扩展功能，使区域配电网真正实现无功优化。
2）无功优化智能分析软件子系统。智能分析软件子系统先从SCADA或独立无功补偿监控系统获取包括馈线电网结构和配电变压器基础参数、馈线所带配电变压器低压无功补偿装置的补偿容量与组数、馈线出口及配电变压器日有功与无功负荷曲线数据等数据信息，再进行网络拓扑分析、潮流计算及无功优化计算，最终通过SCADA系统或独立无功补偿监控子系统，将形成变电站主变压器分接头开关调节指令或无功补偿装置投切指令下达给执行机构执行，以实现无功优化。
4 利用智能化技术进行无功补偿的具体方法应用
4.1 智能化无功补偿方式
随着低压负载类型趋于复杂多样化，电网的无功要求在不断提高。将固定补偿与动态补偿结合应用，能有效弥补单纯固定补偿能力的不足，使无功补偿适应负载变化。
目前普遍使用的照明、家用电器等家居设备及大量使用的电力电子设备，大都是两相供电，导致电网中三相失衡现象越来越突出，以三相共补同投同切方法已无法解决三相失衡问题。若全部改用单相补偿会增大投资。将三相共补与分相补偿相结合应用，有效地解决了供电与负载匹配偏差的问题。
4.2 智能型无功补偿投切开关
用户用电信息采集系统是通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）、负荷预测和节约用电成本等目的。建立全面的用户用电信息采集系统需要建设系统主站、传输信道、采集设备以及电子式电能表（即智能电表），目前国网公司用电信息采集覆盖率为14.5%。大部分东部中部大中型城市已经拥有较为先进的用电信息采集系统了。
采用低压真空灭弧室和永磁操作机构，能适应电容器串联电抗器同路投切，实现电容过零投切。可靠性高，寿命长。
4.3 智能型无功控制策略
采集线路中三相电压和电流信号，跟踪系统中的无功变化，取无功功率做控制物理量，取用户设定功率因数做投切参考限量，依据模糊控制理论，智能选择电容器组合，针对星角结合情况智能投切。
通过设定过压与欠压保护值，设置低谷高电压禁投与高峰低电压禁切电压值，以无功功率为投切门限值，科学限制电压条件，使其具有缺相保护功能。
采用智能控制理论设置电容投切控制，以自动及时地投切电容补偿，补偿无功功率容量；结合电力运行管理特点，对利用现代技术和应用软件，拓展公变无功补偿使用功能，使其智能化进行探讨，并就基于用电信息采集系统的公变台区无功补偿电容器控制技术展开分析和研究。
4.4 智能无功补偿容量选择
智能无功补偿容量的主要达成目的是平衡线路的无功功率。因其补偿容量计算与选择较为复杂，目前多根据静态容量极值进行选择。主要为单负荷就地补偿容量选择和多负荷补偿容量选择。
1）单负荷就地补偿容量选择
主要适于电动机负荷。国际上有多种计算和选择方法。
美国推荐算法：Qc=(1/3)Pe（额定容量的1/3）。
2）多负荷就地补偿容量选择
也有多种计算和选择方法，这里推荐日本算法。
日本算法：1/4～1/2容量计算。在任何负载情况下都不会出现过补偿，且功率因数可补偿到0.90以上。被广泛应用于节能技术，适于大多负载情况，尤其适于lo/le比值较高和负载率较低的电动机。但在lo/le较低的电动机额定负载运行状态下的补偿效果不理想。
用电信息采集系统是国家电网公司加快统一坚强电网和实现“一强三优”现代公司建设的重要部署，建设统一坚强电网的重要环节。用电信息采集系统遵循以营销业务为导向，统一规划、统一设计、统一建设的原则由网省公司分别实施的用户管理、监控、服务系统。用电信息系统可以实现电能表计量信息（有功、无功、频率等）远程自动采集，减少现场抄表人员工作量，避免人工抄表差错，增强用电检查灵活性，加强反窃电工作力度，提升配网线路线损管理水平，对用户进行远程停电和送电控制，但是也存在着一些问题有待解决，所以研究对其进行优化，也就是二次开发，以实现平衡电网管理潮流，控制高峰负荷，进行移峰填谷，实现有效的需求侧管理功能的需求。
参考文献：
[1]Q／GDW380.1-2009《电力用户信息采集系统管理规范第一部分：主站建设》，国家电网公司营销部，2009.06.
[2]Q／GDW380.2-2009《电力用户信息采集系统管理规范第二部分：通信信道建设管理规范》，国家电网公司营销部，2009.06.
[3]Q／GDW380.3-2009《电力用户用电信息采集系统管理规范第三部分：采集终端建设管理规范》，国家电网公司营销部，2009.06.
关键词： 无功补偿；智能化；技术
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1010007－02
1 智能化无功补偿电容器控制技术
1.1 智能网络通讯技术
电力系统中，因控制器损坏导致整个系统瘫痪，退出运行情况时有发生。采用智能网络技术，通过构建485通讯网络，将多台电容器并联，以地址码最小者为主机，其余为从机，组成低压无功自动控制系统，并使之自动生成一个网络。个别从机出现故障时会自动退出，不会影响到系统运行；主机出现故障时也会自动退出运行，由从其余从机中产生的一个新主机，组成一个新系统，继续正常运行。系统不需要配置控制器，也就解决了常规功率因数控制器易损坏的问题。
1.2 过零投切技术
传统无功补偿方式多采用交流接触器投切，电容器和电网极易出现被投切电容器时产生的涌流频繁冲击而导致的电容器容量衰减、寿命降低、熔断器被击穿、交流接触器断弧或损坏等结果。采用微电子技术和过零投切技术，利用CPU对电压和电流的正弦波进行交流采样，并根据功率因数变化，在需要增加无功时，在电压过零点投入电容器；在需要减少无功时，在电流过零点切除电容器。从而减少了浪涌电流，解决了投切涌流问题。
1.3 多种规格电容器搭配混合补偿技术
常规的无功补偿系统多采用单规格、等容量的电容器，易出现某一单只电容器因容量过大而补偿精度欠佳问题。采用微电子智能网路技术和多种规格电容器搭配混合补偿技术，将每只电容器的网络地址、容量大小等信息都记录在CPU上，使无功补偿系统根据相同容量电容器循环投切，不同容量电容器适补投切原则，随意搭配多种不同容量的电容器，以粗补与细补兼顾提高补偿效果。
1.4 共补与分补结合补偿技术
生活、办公用电有很多是处于中性线上电流偏大、三相功率因数不等、无法正确补偿等三相不平衡状态。若以某一相功率因数为标准进行三相补偿，易导致其他两相出现过补或欠补现象。采用共补与分补结合补偿技术，以三相补偿与单相补偿结合的混合补偿方式，有效解决了三相失衡状态下的无功补偿问题。
2 我国无功补偿系统的基本情况
早在上个世纪90年代的中期，为了缓解电力的供需矛盾，电力公司就尝试通过用电信息采集系统来解决问题，在这个阶段，用电信息采集系统主要集中在电力负荷控制系统方面，功能相对单一。随后，为了减少抄表人员，集约开支，重庆市电力公司又尝试着采用了远程抄表系统。用电信息采集系统出不形成了大致的框架。而到了本世纪，随着信息技术的不断发展和完善，用电客户对于供电的稳定性以及电力公司服务的质量都提出了更高的要求，在这样的前提下，重庆市的用电采集系统也逐渐突破了传统的限电功能和超标功能。更多离线功能或者在线功能开始出现，包括但不限于终端数据的采集、信息的发布、远程监视与控制、预购电、数据分析以及信息的共享等等，并且用电采集系统依托于互联网技术实现了全面的终端网络覆盖，在新的形势下，能够为电力公司的发展提供更多的帮助。
从目前来看，我国电力公司对用电采集系统的应用是非常广泛的，而且用电采集系统本身也成为了电力公司在用电营销管理中一种不可或缺的技术支持，为做好电力公司的用电需求侧管理，并且加强与用电客户之间的信息交流，提供了一个非常重要的信息交流的技术平台。在十几年的实际使用过程中，这套系统充分的发挥了它的作用，为电力公司的发展提供了许多的数据支撑，使得客户与用电公司之间的交流有了强有力的保障。
从目前电力市场化改革的趋势来看，电力需求侧管理是电力公司在未来很长一段时间内要做好的一个非常重要的工作。电力需求侧管理有利于引导用户改变用电方式，节约电量，并为其提供电力服务，这就需要供需双方实现信息沟通。然而，从目前的电力公司应用的用电采集系统来看，还无法做到通过系统全面掌握用户的用电情况，以及存在的各种安全隐患，因而也无法做到更好的电力需求侧管理。
3 利用智能化技术进行无功补偿的优化设计
以电力调度自动化程度提高、通道可靠性增强及变电站设备遥控功能的成熟完善为基础条件，建立基于调度自动化SCADA系统的全局无功电压优化集中控制系统，使系统能够实时展示和评估所有无功补偿设备的分布情况、工作情况和投切状态，实现配电网电压无功优化运行与设备动作次数适实调节的最佳组合，以保证电网运行的稳定性、安全性与经济性，进而保证用户电气设备的安全使用和充分利用。
3.1 设计思路
系统通过采用新技术手段与科学计算方法，将潮流计算与灵敏度分析相结合，合理选择无功补偿点以及补偿容量，合理分布电力系统无功潮流，形成最优无功优化控制策略，进行配电网区域无功优化，以实现全网范围内的无功补偿，降低网损线损、减少设备动作次数，提高系统电压稳定性、功率因数及电能质量。并在此基础上增加电网容量和无功电源容量及网络传输能力，以满足用户需求。
3.2 设计原理
设计原理系统根据SCADA系统或是独立无功补偿监控系统对于全网数据可以做到历史数据的采集和实时数据的检测，对于全网数据的监测可以通过最少的配电网区域电能损耗和最少设备动作次数为约束条件的运行优化算法，设定出相应的控制策略，以进行对无功补偿设备投切与有载调压变压器分接开关的控制；并借助SCADA的“四遥”功能，由调度控制中心自动执行控制指令，或通过独立无功补偿监控系统下达及执行控制策略，以实现地区电网电压的无功优化运行。
3.3 系统结构
系统主要由无功补偿装置监控子系统和无功优化智能分析软件子系统组成。
1）无功补偿装置监控子系统。无功补偿装置监控子系统主要由通讯控制、数据库、数据分析和数据处理等功能模块组成,负责包括设备温度、工作电压与电流、当前电容器的投切组数和动作次数等无功补偿装置自身的工作情况的监控，以及无功补偿装置所处工作点的电压和电流、有功和无功功率、功率因数及频率等多种参数的测量和采集；并负责根据数据分析模块的控制指令，完成现场电容器组的投切。系统还具有设置报表分析和故障报警等扩展功能，使区域配电网真正实现无功优化。
2）无功优化智能分析软件子系统。智能分析软件子系统先从SCADA或独立无功补偿监控系统获取包括馈线电网结构和配电变压器基础参数、馈线所带配电变压器低压无功补偿装置的补偿容量与组数、馈线出口及配电变压器日有功与无功负荷曲线数据等数据信息，再进行网络拓扑分析、潮流计算及无功优化计算，最终通过SCADA系统或独立无功补偿监控子系统，将形成变电站主变压器分接头开关调节指令或无功补偿装置投切指令下达给执行机构执行，以实现无功优化。
4 利用智能化技术进行无功补偿的具体方法应用
4.1 智能化无功补偿方式
随着低压负载类型趋于复杂多样化，电网的无功要求在不断提高。将固定补偿与动态补偿结合应用，能有效弥补单纯固定补偿能力的不足，使无功补偿适应负载变化。
目前普遍使用的照明、家用电器等家居设备及大量使用的电力电子设备，大都是两相供电，导致电网中三相失衡现象越来越突出，以三相共补同投同切方法已无法解决三相失衡问题。若全部改用单相补偿会增大投资。将三相共补与分相补偿相结合应用，有效地解决了供电与负载匹配偏差的问题。
4.2 智能型无功补偿投切开关
用户用电信息采集系统是通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）、负荷预测和节约用电成本等目的。建立全面的用户用电信息采集系统需要建设系统主站、传输信道、采集设备以及电子式电能表（即智能电表），目前国网公司用电信息采集覆盖率为14.5%。大部分东部中部大中型城市已经拥有较为先进的用电信息采集系统了。
采用低压真空灭弧室和永磁操作机构，能适应电容器串联电抗器同路投切，实现电容过零投切。可靠性高，寿命长。
4.3 智能型无功控制策略
采集线路中三相电压和电流信号，跟踪系统中的无功变化，取无功功率做控制物理量，取用户设定功率因数做投切参考限量，依据模糊控制理论，智能选择电容器组合，针对星角结合情况智能投切。
通过设定过压与欠压保护值，设置低谷高电压禁投与高峰低电压禁切电压值，以无功功率为投切门限值，科学限制电压条件，使其具有缺相保护功能。
采用智能控制理论设置电容投切控制，以自动及时地投切电容补偿，补偿无功功率容量；结合电力运行管理特点，对利用现代技术和应用软件，拓展公变无功补偿使用功能，使其智能化进行探讨，并就基于用电信息采集系统的公变台区无功补偿电容器控制技术展开分析和研究。
4.4 智能无功补偿容量选择
智能无功补偿容量的主要达成目的是平衡线路的无功功率。因其补偿容量计算与选择较为复杂，目前多根据静态容量极值进行选择。主要为单负荷就地补偿容量选择和多负荷补偿容量选择。
1）单负荷就地补偿容量选择
主要适于电动机负荷。国际上有多种计算和选择方法。
美国推荐算法：Qc=(1/3)Pe（额定容量的1/3）。
2）多负荷就地补偿容量选择
也有多种计算和选择方法，这里推荐日本算法。
日本算法：1/4～1/2容量计算。在任何负载情况下都不会出现过补偿，且功率因数可补偿到0.90以上。被广泛应用于节能技术，适于大多负载情况，尤其适于lo/le比值较高和负载率较低的电动机。但在lo/le较低的电动机额定负载运行状态下的补偿效果不理想。
用电信息采集系统是国家电网公司加快统一坚强电网和实现“一强三优”现代公司建设的重要部署，建设统一坚强电网的重要环节。用电信息采集系统遵循以营销业务为导向，统一规划、统一设计、统一建设的原则由网省公司分别实施的用户管理、监控、服务系统。用电信息系统可以实现电能表计量信息（有功、无功、频率等）远程自动采集，减少现场抄表人员工作量，避免人工抄表差错，增强用电检查灵活性，加强反窃电工作力度，提升配网线路线损管理水平，对用户进行远程停电和送电控制，但是也存在着一些问题有待解决，所以研究对其进行优化，也就是二次开发，以实现平衡电网管理潮流，控制高峰负荷，进行移峰填谷，实现有效的需求侧管理功能的需求。
参考文献：
[1]Q／GDW380.1-2009《电力用户信息采集系统管理规范第一部分：主站建设》，国家电网公司营销部，2009.06.
[2]Q／GDW380.2-2009《电力用户信息采集系统管理规范第二部分：通信信道建设管理规范》，国家电网公司营销部，2009.06.
[3]Q／GDW380.3-2009《电力用户用电信息采集系统管理规范第三部分：采集终端建设管理规范》，国家电网公司营销部，2009.06.