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摘要：随着电力系统规模不断扩大，系统电压波动、无功功率过剩和不足已经成为影响供电质量的主要问题之一。采取基于FC+MCR型实时动态无功补偿方式可以很好地稳定母线电压和最大限度地保持无功功率平衡，从而大大地提高系统供电质量。
关键词：变电设计；无功补偿；无功功率平衡
中图分类号： TM63 文献标识码： A
引言
在电网的输送过程中，无功率变化起着越来越重要的作用，电力系统中常见的用电设备如异步电动机、变压器等，还有一部分输电线路，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。而无功电源主要有发电机、静电电容器、同步调相机、静止补偿器。
一、选用无功补偿的意义
随着电力负荷日益增长，国民经济的快速发展，配电网结构日趋复杂、庞大。对无功功率的需求电力系统也发生了变化。从以前的仅需要补偿容性无功功率发展到不仅仅需要补偿感性无功功率也需要补偿容性无功功率，并且要可以实现连续可调。具体表现在:一方面在负荷高峰时期要求为了满足工矿企业的生产需求，可以提供足够的容性无功功率。另一方面，为了平衡城市电力电缆的日益增多和超高压长距离架空线路，又要提供感性无功功率所带来的线路容性无功功率过剩，正常运行时为了防止又过多的无功功率流入负荷，同时在允许的偏差范围内也保证系统的电压。除此之外，随着现代电力电子技术的飞速发展，各式各样的整流和变频设备及关电源等电力电子设备的大量使用，给现代电力系统带来非常大的谐波污染;特别是城市电力机车、大功率的电弧炉、大功率乳钢机以及其他比较大型半导体变流设备等非线性冲击性负荷得到越来越多的使用，随之导致的冲击性无功分量与高次谐波分量冲击直接导致了电力系统电压波动和闪变，给配电网造成了非常严重的污染。为了抑制冲击性无功分量，研究具有响应速度快、经济性能好、高效节能、环保的新型动态无功补偿方式具有十分重要的意义。
二、无功补偿的分类
无功补偿的全称是无功率补偿。功率高的电力系统可以使用更多的用电设备，对于人们的生活就有改善作用。无功补偿可以减少电流在变电站中德损失，从而提高变电站的输入功率，保证输出功率的稳定与提高。无功补偿的设备在变电站中是不可或缺的，它不仅可以提高供电站的功率，保证电压的稳定，还能提高电力系统的利用率，更方便人们的社会生活。
在一般情况下，电感或者电容在线路中的运行情况下，通过将电源能量将电能质量转变成为相关能量储存起来，然后在应用的过程中将其返还给电磁场或者电源，以供电源进行良好工作。这种交换过程中没有受到其他环节的影响，也未曾发生过相关电能变动，因此在这个过程一般而言都是无功率值的过程，也被称之为无功功率，用符号Q表示。
三、变电设计中的无功补偿容量配置分析
电容器装置在变电站中的安装投运对无功功率的线路传递能够降低，节能降损下，减少线路损耗，促进输变电设备效率的提高和电能质量改善，服务于有限电能效益最大化的实现。但就变电站实际运行来看，存在因过补电容器投不上或投上电容器后电压过高的情况，从而得退下电容器，这样，不但基建投资增加了，且应有作用未得到发挥。
四、变电站动态无功补偿系统设计
（一）、FC+MCR复合型动态无功补偿装置的基本结构
动态无功补偿装置“磁阀”式可控饱和电抗器，是一种容量可以实现无级调节，特殊的特高压或超高压并联电抗器，同时还可以作为电力系统的消弧线圈。由3部分构成FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置: MCR“磁阀”式可控饱、FC滤波器和电抗器(包括励磁系统以及MCR本体)和保护控制系统。
固定电容器组FC所需要的容性无功功率用于提供电力系统，同时滤掉负载和励磁系统以及MCR本体所产生的少量谐波电流。于平衡电力系统中电抗器和“磁阀”式可控饱主要用于所产生感性无功功率由非线性负载的冲击，并对非线性负载冲击所产生的电压波动能稳定。保护控制系统对整个电力系统主要负责无功功率调节和控制的同时对整个电力系统提供指令以及相应的保护。其中保护控制系统在硬件设计上和控制系统完全独立，它和控制系统的联系是通过I/O接口以及串口通信方式来实现，因此具有很高的可靠性和稳定性能。
FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置的系统组成框图如图1所示。
图1FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置的系统组成框图
（二）、基于MCR的动态无功补偿系统设计
1、基于“磁阀”式可控饱和电抗器的系统构成
基于电抗器和“磁阀”式可控饱的动态无功补偿系统结构图，如图2所示。图中，右边为“磁阀”式可控饱和电抗器本体及其控制装置，左边为原来的两组关投切电容器组。由先进的“磁阀”式可控饱和传统的固定容量的电容器组(其也兼作滤波装置)和电抗器组成FC+MCR复合型动态无功功率补偿系统。“电抗器容量和磁阀”式可控饱可以实现无级可调，它能够快速、自动、准确地跟踪所补偿稳定系统母线电压和调节负荷无功功率。
当系统无功过剩时，固定电容器发出的容性无功抵消多余的容性无功由减小触发角增大可控电抗器的感性无功;当系统无功缺乏时，可可控电抗器的感性无功由增大触发角减小来释放所需的容性无功;可控电抗器控制装置实时地测量计算系统有功功率值、母线三相电压值、功率因数值和无功功率值，并对可控饱和电抗器调整输出感性容量，在保证母线电压合格的条件下，使得系统无功越小，功率因数越高，越经济。
图2FC+MCR型动态无功补偿系统结构图
2、补偿系统的控制模式
对电力系统无功功率基于“磁阀”式可控饱和电抗器进行调节时需要对其系统的控制模式确定。系统控制模式一般都两种:开环控制模式和闭环控制模式。其中控制速度快但精度较低是环控制模式特点，而控制速度较慢，但控制精度高则是闭环控制模式特点。相对于开环模式来说，闭环控制模式更适合于变电站的无功电压调节，如图3所示。
图3电压调节闭环控制系统
（三）、补偿系统保护的工作原理
1、PT断线判别
满足下列任一条件时就认为PT断线:1)当负序电压大于10V左右;2)当正序电压小于0.2Un(Un=100V);3)PT断线延时时间到;PT断线后，控制器闭锁输出，就PT断线报警，断线信号消失后，延时时间到，报警自动解除，控制器自动运行。
2、CT断线判别
满足下列任一条件时就认为CT断线:1)当任一相差流大于0.08In的时间超过10秒;2)任一相电流值小于0.5A;3)CT断线延时时间到;CT断线后，控制器闭锁输出，就CT断线报警，断线信号消失后，延时时间到，报警自动解除，控制器自动运行。
3、过电压报警
满足下列条件时就认为是过电压:
1)任一相电压大于电EE报警上限值(1.07Un);2)MCR关合位;过电压保护后，控制器闭锁输出，就过电压报警，电压恢复正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
4、欠电压报警
满足下列条件时就认为是欠电压:1)任一相电压小于电压报警下限值(0.9UN);2)MCR开关合位;欠电压保护后，控制器闭锁输出，就欠电压报警，电压恢复正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
5、本体励磁故障报警
满足下列条件时就认为是本体励磁故障:1)任两相电流差大于励磁故障电流设置值;2)延时间到;MCR本体励磁故障后，控制器发出跳闹指令，闭锁输出，就励磁故障报警，故障恢复后，需控制人员复位故障报警信号后控制器才能自动运行。
6、三相电压不平衡报警
滿足下列条件时就认为是三相电压不平衡:三相电IE值中最大值减去最小值然后除以最小值，得到的值如果超过2%则三相不平衡报鳘，当电伍调节正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
结束语
电压是电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定及电力设备的安全运行影响重大，而无功功率又是影响电压质量的一个重要因素。随着电力系统联网容量的增大和输电电压的提高，输电功率变化和高压线路的投切都将引起很大的无功功率变化，系统对无功功率和电压的调节和控制能力的要求越来越高。
参考文献
[1]李明，郭运泉.变电所及配电线路无功补偿[J].农村电气化.2001(04).
[2]刘连光，林峰，姚宝琪.机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J].电力自动化设备，2003(10)
关键词：变电设计；无功补偿；无功功率平衡
中图分类号： TM63 文献标识码： A
引言
在电网的输送过程中，无功率变化起着越来越重要的作用，电力系统中常见的用电设备如异步电动机、变压器等，还有一部分输电线路，大部分属于感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。而无功电源主要有发电机、静电电容器、同步调相机、静止补偿器。
一、选用无功补偿的意义
随着电力负荷日益增长，国民经济的快速发展，配电网结构日趋复杂、庞大。对无功功率的需求电力系统也发生了变化。从以前的仅需要补偿容性无功功率发展到不仅仅需要补偿感性无功功率也需要补偿容性无功功率，并且要可以实现连续可调。具体表现在:一方面在负荷高峰时期要求为了满足工矿企业的生产需求，可以提供足够的容性无功功率。另一方面，为了平衡城市电力电缆的日益增多和超高压长距离架空线路，又要提供感性无功功率所带来的线路容性无功功率过剩，正常运行时为了防止又过多的无功功率流入负荷，同时在允许的偏差范围内也保证系统的电压。除此之外，随着现代电力电子技术的飞速发展，各式各样的整流和变频设备及关电源等电力电子设备的大量使用，给现代电力系统带来非常大的谐波污染;特别是城市电力机车、大功率的电弧炉、大功率乳钢机以及其他比较大型半导体变流设备等非线性冲击性负荷得到越来越多的使用，随之导致的冲击性无功分量与高次谐波分量冲击直接导致了电力系统电压波动和闪变，给配电网造成了非常严重的污染。为了抑制冲击性无功分量，研究具有响应速度快、经济性能好、高效节能、环保的新型动态无功补偿方式具有十分重要的意义。
二、无功补偿的分类
无功补偿的全称是无功率补偿。功率高的电力系统可以使用更多的用电设备，对于人们的生活就有改善作用。无功补偿可以减少电流在变电站中德损失，从而提高变电站的输入功率，保证输出功率的稳定与提高。无功补偿的设备在变电站中是不可或缺的，它不仅可以提高供电站的功率，保证电压的稳定，还能提高电力系统的利用率，更方便人们的社会生活。
在一般情况下，电感或者电容在线路中的运行情况下，通过将电源能量将电能质量转变成为相关能量储存起来，然后在应用的过程中将其返还给电磁场或者电源，以供电源进行良好工作。这种交换过程中没有受到其他环节的影响，也未曾发生过相关电能变动，因此在这个过程一般而言都是无功率值的过程，也被称之为无功功率，用符号Q表示。
三、变电设计中的无功补偿容量配置分析
电容器装置在变电站中的安装投运对无功功率的线路传递能够降低，节能降损下，减少线路损耗，促进输变电设备效率的提高和电能质量改善，服务于有限电能效益最大化的实现。但就变电站实际运行来看，存在因过补电容器投不上或投上电容器后电压过高的情况，从而得退下电容器，这样，不但基建投资增加了，且应有作用未得到发挥。
四、变电站动态无功补偿系统设计
（一）、FC+MCR复合型动态无功补偿装置的基本结构
动态无功补偿装置“磁阀”式可控饱和电抗器，是一种容量可以实现无级调节，特殊的特高压或超高压并联电抗器，同时还可以作为电力系统的消弧线圈。由3部分构成FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置: MCR“磁阀”式可控饱、FC滤波器和电抗器(包括励磁系统以及MCR本体)和保护控制系统。
固定电容器组FC所需要的容性无功功率用于提供电力系统，同时滤掉负载和励磁系统以及MCR本体所产生的少量谐波电流。于平衡电力系统中电抗器和“磁阀”式可控饱主要用于所产生感性无功功率由非线性负载的冲击，并对非线性负载冲击所产生的电压波动能稳定。保护控制系统对整个电力系统主要负责无功功率调节和控制的同时对整个电力系统提供指令以及相应的保护。其中保护控制系统在硬件设计上和控制系统完全独立，它和控制系统的联系是通过I/O接口以及串口通信方式来实现，因此具有很高的可靠性和稳定性能。
FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置的系统组成框图如图1所示。
图1FC+MCR复合型动态无功功率补偿装置的系统组成框图
（二）、基于MCR的动态无功补偿系统设计
1、基于“磁阀”式可控饱和电抗器的系统构成
基于电抗器和“磁阀”式可控饱的动态无功补偿系统结构图，如图2所示。图中，右边为“磁阀”式可控饱和电抗器本体及其控制装置，左边为原来的两组关投切电容器组。由先进的“磁阀”式可控饱和传统的固定容量的电容器组(其也兼作滤波装置)和电抗器组成FC+MCR复合型动态无功功率补偿系统。“电抗器容量和磁阀”式可控饱可以实现无级可调，它能够快速、自动、准确地跟踪所补偿稳定系统母线电压和调节负荷无功功率。
当系统无功过剩时，固定电容器发出的容性无功抵消多余的容性无功由减小触发角增大可控电抗器的感性无功;当系统无功缺乏时，可可控电抗器的感性无功由增大触发角减小来释放所需的容性无功;可控电抗器控制装置实时地测量计算系统有功功率值、母线三相电压值、功率因数值和无功功率值，并对可控饱和电抗器调整输出感性容量，在保证母线电压合格的条件下，使得系统无功越小，功率因数越高，越经济。
图2FC+MCR型动态无功补偿系统结构图
2、补偿系统的控制模式
对电力系统无功功率基于“磁阀”式可控饱和电抗器进行调节时需要对其系统的控制模式确定。系统控制模式一般都两种:开环控制模式和闭环控制模式。其中控制速度快但精度较低是环控制模式特点，而控制速度较慢，但控制精度高则是闭环控制模式特点。相对于开环模式来说，闭环控制模式更适合于变电站的无功电压调节，如图3所示。
图3电压调节闭环控制系统
（三）、补偿系统保护的工作原理
1、PT断线判别
满足下列任一条件时就认为PT断线:1)当负序电压大于10V左右;2)当正序电压小于0.2Un(Un=100V);3)PT断线延时时间到;PT断线后，控制器闭锁输出，就PT断线报警，断线信号消失后，延时时间到，报警自动解除，控制器自动运行。
2、CT断线判别
满足下列任一条件时就认为CT断线:1)当任一相差流大于0.08In的时间超过10秒;2)任一相电流值小于0.5A;3)CT断线延时时间到;CT断线后，控制器闭锁输出，就CT断线报警，断线信号消失后，延时时间到，报警自动解除，控制器自动运行。
3、过电压报警
满足下列条件时就认为是过电压:
1)任一相电压大于电EE报警上限值(1.07Un);2)MCR关合位;过电压保护后，控制器闭锁输出，就过电压报警，电压恢复正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
4、欠电压报警
满足下列条件时就认为是欠电压:1)任一相电压小于电压报警下限值(0.9UN);2)MCR开关合位;欠电压保护后，控制器闭锁输出，就欠电压报警，电压恢复正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
5、本体励磁故障报警
满足下列条件时就认为是本体励磁故障:1)任两相电流差大于励磁故障电流设置值;2)延时间到;MCR本体励磁故障后，控制器发出跳闹指令，闭锁输出，就励磁故障报警，故障恢复后，需控制人员复位故障报警信号后控制器才能自动运行。
6、三相电压不平衡报警
滿足下列条件时就认为是三相电压不平衡:三相电IE值中最大值减去最小值然后除以最小值，得到的值如果超过2%则三相不平衡报鳘，当电伍调节正常后，报警自动解除，控制器自动运行。
结束语
电压是电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定及电力设备的安全运行影响重大，而无功功率又是影响电压质量的一个重要因素。随着电力系统联网容量的增大和输电电压的提高，输电功率变化和高压线路的投切都将引起很大的无功功率变化，系统对无功功率和电压的调节和控制能力的要求越来越高。
参考文献
[1]李明，郭运泉.变电所及配电线路无功补偿[J].农村电气化.2001(04).
[2]刘连光，林峰，姚宝琪.机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J].电力自动化设备，2003(10)