仪器仪表用户 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－１０４１．２０１ １．０６．０４０ 口经验交流口 浅析风力发电机组无功补偿问题 逯登龙 ，邵联合 （１．中广核（尚义）风力发电有限公司，张家口０７６４５０；２．保定电力职业技术学院，保定０７１０５１） 摘要：近几年来，风电场的规模和单台风力发电机的容量不断增加，风电场对电网运行的影响日益突出。又由于接入电网的 送电线路较长，风电机组出力的随机性、间歇性和不可控性等因素，风电场并网运行对电网的电压质量和电网的电压稳定性 影响很大。因此稳定电网电压、实现无功补偿非常重要。本文重点介绍了无功补偿的基本原理、补偿的具体方法、补偿所用 的主要装置及风电场无功补偿的措施等。 关键词：风电场；无功功率；无功补偿 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标志码：Ｂ ２．３写入时序 由上述代码可知，虽然写周期最短时长为６０Ｉ￣Ｓ，但可以 在任何时间打断正在进行的写操作且进入下一位数据的写操 作，也就是说，连续写两个数据的间隔可以小于６０１ｘｓ。另外， 各个时隙之间存在融合的情况，并不能也不必要严格加以区 分，如代码段３０ｔｘｓ的延时，既满足起始脉冲的宽度要求，亦满 数据写入亦是传感器底层基本操作之一，所有数据均以 最低有效位在前的方式被写入。写数据的一般步骤为：１）在 初始化传感器以后，数据线处于由上拉电阻置１的状态，此时 由主机发出一个时长大于１ｔｚｓ的０电位脉冲，即为数据传递 的起动信号。２）然后由主机在其后的１５ ｓ以内把待发信号 （０或者１）送至ＤＱ上，等待传感器读取；３）传感器收到起动 信号１５ ｓ以后，在４５ ｓ以内完成数据采集，这就表明主机待 足了１５１ｘｓ后传感器采集数据的要求；同时，实践也表明，在满 足起始信号最短１ ｓ时长的要求下，传感器的数据采集并非 必须在１５ ｓ以后，也就是说，上述代码中３０１ｘｓ的延时，可以 发信号在ＤＱ上至少要保持６０Ｉ￣Ｓ。依此类推，用二进制数表 示的命令数值以最低有效位在前的方式逐位被送入传感器 中。ＤＳ１８Ｂ２０数据的写时序如图４所示。其中的虚线为主机 作用时段，弧线为过渡时段，图４所示主机写入传感器的数值 为１。可以看出，一个写周期的长度至少为６０ｔｘｓ，两个写周期 尝试采用其它大于１ＩＸＳ小于６０Ｉ￣Ｓ的数值。 ３结束语 ＤＳ１８Ｂ２０采用单总线结构，与主机之间的硬件电路连接 只需要一根数据线，即可完成相应的信号采集、Ａ／Ｄ转换、电 源供应等功能。采用单总线结构的电气元件，由于其与主机 之间通讯的路径有限，则通讯的顺利实现必须以严格的协议 为基础。对于ＤＳ１８Ｂ２０，其与主机之间的通迅协议由正确的 操作步骤与各步骤之问正确的时间间隙构成，而这些通迅协 之间必须有一个至少１Ｉｘｓ的间隔，此间隔期内，主机与传感器 皆置１，ＤＱ由上拉电阻置１。 ＞ｌ ｓ ▲ ＞１ ｓ ＞１ ｓ 议的体现与实现由相应的软件结构来完成。口 ］厂…………—＿ｌ＿厂 图４ ＤＳ１８Ｂ２０数据的写时序 参考文献 ［１］金伟正．单线数字温度传感器的原理与应用［Ｊ］．电子技术 应用，２０００，（６）：６６－６８． ［２］倪天龙．单总线传感器ＤＨＴ１１在温湿度测控中的应用［Ｊ］． 单片机与嵌入式系统应用，２０１０，（６）：６０－６２． 【３］顾振宇，刘鲁源，杜振辉．ＤＳ１８Ｂ２０接口的Ｃ语言程序设计 相应的Ｃ５１代码如下： ｖｏｉｄ Ｗｒｉｔｅ—ＤＳ１８Ｂ２０（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｄａｔａ）／／ｄａｔａ为待写入的操 作数 ｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｉ：０； ［Ｊ］．单片机与嵌入式系统应用，２００２，（７）：２２－２４． ［４］刘建亭，毛善坤．ＤＳ１８Ｂ２０工作原理及基于ｃ语言的接口 设计［Ｊ］．仪器仪表崩户，２００５，１２（６）：１３８－１４０． ［５］赵海兰，赵祥伟．智能温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０的原理与应用 ［Ｊ］．现代电子技术，２００３，（１４）：３２－３４． ｆｏｒ（ｉ＝８；ｉ＞０；Ｉ一一）｛ ＤＱ＝０；／／主机置０，起始信号 Ｄｅｌａｙ１５（２）；／／延时３０１￣ｓ，大于ｌ ｓ满足起始脉冲宽度 要求；同时大于１５ｔｘｓ传感器可以读数据 ＤＱ＝ｄａｔａ＆Ｏｘ０１；／／传感器在１５ｐ，ｓ后读数据 ｎｏｐ（）；／／空操作，两次写操作间隔大于１ＩＸＳ ＤＱ＝１；／／为下次写操作准备 ｄａｔａ＞＞＝１：｝ ｆ６］刘呜，车立新，陈兴梧，等．温度传感器ＤＳＩ８Ｂ２０的特性及 程序设计方法［Ｊ］．电测与仪表，２００１，３８（１０）：４７－５１． ［７］黄桂梅，刘永立，曲卫东．基于ＤＳ１８１３２０与ＡＶＲ单片机的 测温技术［Ｊ］．仪器仪表用户，２０１０，１７（１）：５１－５２． 作者简介：黄文力（１９７４一），副教授，博士，主要研究方向为电力系统自 动化。 收稿日期：２０１１－０６．１２ ｝ 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 ＥＩＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎｏ．６ １０１ 口经验交流口 Ｏ引言 随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大，大规模 风电场并网必然对电网的运行特性产生很大影响由于风电 场的有功出力具有随风波动的特点并网线路或送电通道上 潮流变化频繁，大规模风电场并网运行会引起电网电压质量 和电压稳定性问题”．２ Ｊ，尤其是风电场通过长距离接人电网， 其无功补偿对局部电网电压的调节作用更加重要。此外，由 于我国风力资源分布的限制，只能通过高压或超高压输电通 道集中外送，进行有效的电压控制和合理的无功补偿，不仅能 保证电压质量，而且可提高电力系统运行的稳定性和安全性， 充分发挥经济效益。 １无功补偿原理及意义 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性 负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在 电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性 负载所消耗的无功功率 ｊ，减少了电网电源向感性负荷提供、 由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流 动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能 损耗，这就是无功补偿。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与 感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互 交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出 的无功功率补偿。 风电场运行过程中需要相应的无功功率。在风电场中安 装并联电容器组、ＳＶＣ、ＭＳＶＣ等无功补偿设备，减少电网电 源向风电场提供的无功功率，进而减少无功功率在电网中的流 动，降低电网因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行 条件。这种做法称为风电场的无功补偿。无功补偿的意义： １）补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。 ２）减少发、供电设备的设计容量，减少投资。 ３）降低线损，通过提高功率因数，线损率下降。 ２无功补偿方式 电网中常用的无功补偿方式包括： １）集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组。 ２）分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安 装并联补偿电容器。 ３）单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容 器等。 加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提 高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。 就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和 分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式，原因是： １）因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无 功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用 户，也有利于电网。 ２）有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高 控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。 当然，就地补偿也有很多局限性，例如： １）大容量电力电子装置，就地补偿不恰当：随着大型电力 １０２ Ｅ ＪＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎｏ．６ 电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后， 致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此 类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通 讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不 恰当的。 ２）电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用就地 补偿：异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的４—７ 倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的２—３ 倍。因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流 过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且 引起电容器过热，降低使用寿命。 ３）就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器：推广就 地补偿技术时，不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器，因为 其自愈功能很差，使用中可能产生永久性击穿，甚至引起爆 炸，危及人身安全。 ３无功补偿装置 电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、 静止无功补偿器以及静止无功发生器，这几种装置又称为无 功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能 吸收感性无功。 １）同步发电机 同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功 电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率： Ｑ＝Ｓ Ｘ ｓｉｎｑ￣＝Ｐ Ｘｔｇ‘ｐ 式中，Ｑ、ｓ、Ｐ、‘ｐ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和 功率因数角。 发电机正常运行时，以滞后功率因数运行为主，向系统提 供无功。但必要时，也可以减小励磁电流，使功率因数超前， 即所谓的”进相运行”，以吸收系统多余的无功。 ２）同步调相机 同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励 的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机 能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。 但它的有功损耗大，运行维护复杂，响应速度慢，近来已逐渐 退出电网运行。 ３）并联电容器 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由 于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上 的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发送无功 功率： Ｑ＝ｕ２／ｘｃ 式中，Ｑ、Ｕ、Ｘｃ分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统 提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。 ４）静止无功补偿器 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器 组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数 也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地 调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿； 对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶 欢迎光临本刊网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉｃ．ｔｏｍ．ｃｎ 仪器仪表用户 闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加 装专门的滤波器。 口经验交流口 １）需要对系统电压和无功实现如下控制 ５）静止无功发生器 ａ．系统电压必须大于某一最低数值，以保证电力系统静 态和暂态的运行稳定性，以及变压器带负荷调压分接头的运 行范围。 ｂ．正常情况下，电网必须具有规定的无功功率储备，以保 它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当 的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步 的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接人电网。适 当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使 其处于容性、感性或零负荷状态。 与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快， 谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大 证事故后的系统电压不低于规定的数值，防止出现电压崩溃 事故和同步稳定破坏。 Ｏ．保证系统电压低于规定的最大数值，以适应电力设备 的绝缘水平和避免变压器过饱和，并向用户提供合理的最高 水平电压。 的无功。 ６）动态无功补偿装置 风力发电机在正常运行时，向电网输送的电能是随风力 的大小而变化的，因此要求无功能随负荷的变化而变化。这 就要求无功补偿装置必须按照实际需要进行自动投切。 目前，风场增加了ＭＳＶＣ型动态无功补偿装置后，可以达 到以下目的： １）增大无功补偿装置总的补偿容量，实现感性无功功率 最大补偿容量和容性无功功率最大补偿容量范围内连续 可调。 ２）利用快速无功功率补偿，有效稳定系统电压，提高电网 电压合格率。 ３）在系统出现故障或扰动情况下，实现快速电压支撑，提 高系统安全性；有效提高风电场运行过程中的低电压穿越 特性。 ４）对不平衡及谐波引起的电能质量问题进行改善和 提高。 ５）实现无功功率的动态补偿，有效解决欠补偿或过补偿 的问题。 ４风电场的无功补偿配置要求 １）风电场的无功补偿分为两个部分，即风机自身的无功 补偿和用于补偿变压器及风电送出线路无功补偿的风电场内 集中无功补偿。风电场的无功补偿装置容量总和不小于风电 装机容量的３０％一５０％。 ２）风电场内集中无功补偿的容量不低于风电场无功补偿 装置容量总和的４０％一６ｏ％，或经计算分析得出。 ３）风电场应有一定比例的以适应风力变化过程中的动态 补偿装置。 ４）对风电场高压送出通道的线路无功补偿，应兼顾容性 感性双向补偿和远近规模结合的原则，并分别考虑线路最大 和最小传输功率的情况。最大单组无功补偿装置投切引起所 在母线电压变化不宜超过电压额定值的２．５％。 ５风电场的电压控制 风电场风速扰动（如阵风和渐变风）除引起风电功率的 波动外，还将导致电网电压的波动。波动的幅度与风电功率 大小、风电场分布和变化特性、风电机组的型式、无功补偿配 置以及无功控制策略等有关。 随着风机有功出力的变化，无功需求也在变化，当风机本 身的无功补偿不足以补偿这些无功变化时，就需从电网吸收 无功。 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 ２）风电场电压无功电压的控制原则 实现无功电压的控制策略： ａ．风电场应配置无功电压控制系统；根据电网调度部门 指令，风电场通过其无功电压控制系统自动调节整个风电场 发出（或吸收）的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调 节速度和控制精度应能满足电网电压调节的要求。 ｂ．当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够 控制风电场并网点电压在额定电压的９７％一１０７％范围内。 Ｏ．风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器。风 电场具有通过调整变电站主变压器分接头控制场内电压的 能力。 ３）电场低电压穿越 低电压穿越能力是指在电网运行中，当系统出现扰动或 远端（近端）故障时，可引起局部电压的瞬间跌落，期间电源 维持并网运行的能力。 风电机组也应具有低电压穿越能力，以防止在系统出现 扰动或故障情况下脱网停机，对电网造成更大冲击。而我国 并网风力机组，由于未配备快速无功补偿装置或相应控制系 统，均不具备低电压穿越能力。 目前电网要求在并网的风力发电机组必须具有低电压穿 越。低电压穿越能力要求： １）电场内的风电机组具有在并网点电压跌至２Ｏ％额定 电压时能够保证不脱网连续运行６２５ｍｓ的能力。 ２）风电场并网点电压在发生跌落后２ｓ内能够恢复到额 定电压的９Ｏ％时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连 续运行。 旆． ６结论 由于风能的特殊性，现国内大多风力发电厂运行几年后， 突出需要解决的问题在于设备维护，无功补偿是其中的重要 环节之一。 １）不同于以往的小型风电场位于电网边缘的大规模风 电场，对局部电网的无功电压影响不可忽视。其无功补偿的 配置应根据电网的结构，通过计算分析，并分别考虑线路最大 和最小传输功率的情况后决定，尤其对于送电距离长的风电 场，不能只配置 ｌ生无功补偿，还需配置感性无功补偿装置。 ２）风电场发电出力大小对局部电网电压的影响比较明 显，风电场在有功出力不同的情况下，需投入不同性质的无功 补偿装置。 ３）无功补偿最基本的目的就是保证电力系统的无功平 衡，传统的电容器组因为投切方式较慢，不能完全满足风电送 ＥｌＣ Ｖｏ１．１８ ２０１１ Ｎｏ．６ １０３ 口经验交流口 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—１０４１．２０１ １．０６．０４１ 农电网中低压电力线载波自动抄表系统研制 陈宏斌，王东亮 （安徽省东至县供电公司，安徽省东至县２４７２００） 摘要：本文设计实现了一种基于自组网路由、数据压缩的低压电力线载波自动抄表系统，给出了系统的整体结构和抄表原 理。及其各种功能和特点。介绍了低压电力线载波通信功能的实现以及载波通信网络节点的软、硬件设计方案。对系统通 信性能和抄表数据准确率的测试表明，该系统性能可靠，能够使电力线通信的实用性大大提高。 关键词：电力线载波通信；自组网路由；自动抄表；拓扑结构 中图分类号：ＴＮ４９２ 文献标志码：Ｂ ０引言 国家智能电网建设正处在设备关键技术研制和试点阶 段，我国电力系统最后一公里的用电网络所面临的用户数量 用所期望的建设目标。 １ 系统功能结构设计 低压电力线载波自动抄表系统是集电表数据采集、载波 传输、数据存储、数据通信、数据处理及通断电控制等功能于 一庞大，地理分布不一致，现场环境复杂，通信媒介质量低，成本 压力大等一系列难题，以及供电企业对电能集中抄表系统的 扩展兼容性、所期望达到的目标、通信方式的选择与建设等方 面的因素，寻求一种适合我国国情，技术成熟度高，切实可行 的解决方案，是我国城镇电能表集中抄表系统得到大范围推 广应用的关键所在。 体的自动化系统 。系统具有三层结构，即抄表管理中心、 载波集中器、多路采集终端和智能电表。系统结构如图１ 所示。 目前国内外研究和开发的用电网电能表集抄系统按照数 据传输组网方式有：上层通信：无线通信（ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、无线 数据电台）、有线通信（ＰＳＴＮ、光纤）；底层通讯：总线方式 （ＲＳ４８５，ＬＯＮＷＯＲＫＳ，ＭＢＵＳ和自制总线）、无线通信（Ｚｉｇｂｅｅ， 远红外）、低压电力线载波ｕ 。 近年来，随着正交频分复用技术ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅ— ｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）作为一种可以有效对抗信号波形 间干扰的高速传输技术被广泛应用于低压配电网的ＰＬＣ （Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）即电力线载波高速数据通信中， 低压配电网上ＰＬＣ的传输速率、距离和可靠性有了很大的提 高和保证 。 依据国家电力行业电测量标准化委员会于２００９年发布 了ＤＬ／Ｔ ６９８—２００９（低压电力用户集中抄表系统技术条件》。 本文提出了一种具有自组网路由功能的低压电力线载波通信 自动集中抄表系统技术方案。该技术可解决我国用电网电能 表远程集中抄表系统目前所存在一系列关键技术难点，切实 可行的达到我国城镇电能表集中抄表系统得到大范围推广应 图１载波自动抄表系统结构图 系统的主要功能： １）运行功能，可远程定时或随机呼叫系统管区内任何一 个用户表计，也可连续巡检系统内所有采集终端和用户表计， 向采集终端发送命令和接收数据。 ２）监控管理功能，该系统可抄录每个用户的小时用电量、 电通道潮流频繁波动的无功电压调节要求，因此在大容量风 电场中配置可快速调节的动态无功补偿装置，能更好地满足 电网安全稳定运行的需要。口 参考文献 ｆ４］潘树军，王剑彬．静止型动态无功补偿装置在风电场中的应 用［Ｊ］．电气技术，２０１０，（１１）：８３－８５． ［５］张丽英，叶廷路．大规模风电接入电网的相关问题及措施 ［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１０，３０（２５）：１－９． 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