1 引言

　　電壓無功的最優控制是提高供電質量、減少線路損耗的主要手段。隨著電力行業對提高電能質量、降低線損的要求日益迫切，10kV系統的無功補償問題受到越來越廣泛的關注。目前，無功補償裝置存在如下問題：功能簡單、聯網能力薄弱[1]、抗干擾能力差、控制精度低[2]，投切電容和調節變壓器的判據是利用在線測量的功率因數與整定的功率因數相比較的原理來確定的，在這種情況下投切電容器難免會引起電流、電壓的波動，既影響供電質量，又降低設備壽命[3]。

　　本文研制的新型變電站10kV系統電壓無功綜合控制裝置采用微機分析控制技術，利用同時進行功率因數控制與電壓控制的方法，以變壓器10kV側母線電壓、功率因數、無功需求為控制目標，通過變壓器分極有載調壓以及電容器的自動投切將電壓、功率因數控制在設定的范圍內，彌補了當前無功補償裝置存在的不足。

　　2 裝置的功能和原理

　　2.1 裝置的功能

　　(1)用于不同運行方式的變電站。如雙變壓器變電站的2臺變壓器并列運行，雙變壓器變電站的1號主變運行、2號主變停運，雙變壓器變電站的2號主變運行、1號主變停運，單變壓器變電站，雙變壓器變電站的2臺變壓器分段運行等[4]。

　　(2)控制方式。以主變10kV側的電壓、功率因數和無功需求為控制目標，可實現分級有載調壓，將電壓控制在設定范圍內;利用電容器的補償作用，將功率因數控制在設定范圍內。

　　(3)采用分體模塊式高壓真空專用斷路器。5組該斷路器任意可選，可根據總補償容量分組。

　　(4)進行網絡通訊。將運行狀態信息、自診斷信息向外傳送，并接受調度及當地監控主機發來的命令，實現電容器投切及升壓降壓的遙控操作。有4種工作方式可選擇：調壓遠動、補償自動，調壓自動、補償遠動，調壓遠動、補償遠動，調壓自動、補償自動。

　　(5)實時顯示有關參數。包括主變低壓側電壓、電流、功率因數及電容器的投切狀態等。

　　(6)具有完善的保護功能。具有PT斷線閉鎖功能、過電壓保護功能、低電壓保護功能、測量功能及報警功能。另外，每組電容均設有獨立的微機保護，對電容器可實現三段過流及零序電壓保護，以取代傳統的熔管保護。

　　2.2 裝置的原理

　　(1)無功補償控制裝置功率因數的算法

　　該裝置首先將輸入信號(包括基波分量與諧波分量)分實部、虛部展開，其中，實部與虛部的幅值分別采用傅氏變換求取，然后利用基波分量的實部與虛部求取其幅值和相位，最后根據相位差計算功率因數[5]。

　　(2)無功補償與調壓原理

　　無功補償和調壓是根據各變電站實際運行狀況而定的。目前，大部分負荷為感性負載，故本裝置采用補償電容的方式補償感性負載引起的電壓與電流的相位差，以降低損耗、提高電能質量。

　　取母線電壓信號和主變側電流信號作為變壓器有載調壓和無功補償的模擬輸入信號，并計算無功需求量、功率因數。將總柜開關的輔助接點和母聯開關的輔助接點作為識別各種運行方式的依據，通過控制裝置的邏輯判斷、程序運算來確定電壓的調整和電容器組的投切，確保電壓和功率因數在設定范圍之內，實現就地平衡無功、維持母線電壓穩定。

　　調壓和投切無功電容的理論依據為九區圖控制法，如圖1所示。九區圖控制法原理是調節有載調壓變壓器分接頭及投切電容器，使系統盡量運行于區域0[6]。各區域決定的9種運行狀態的控制規則分析如下：

　　1)區域0：電壓與無功均合格，為穩定工作區，不調節。

　　2)區域1：電壓越上限，調分接頭降壓。

　　3)區域2：電壓越上限，無功越上限，先切電容器組，如電壓仍越上限則降壓。

　　4)區域3：電壓合格，無功越上限，切電容。