據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前國內(nèi)典型城鄉(xiāng)電網(wǎng)無功損耗情況大致如下：按電壓等級劃分，0.4 kV級損耗約占總損耗50%，10 kV級約占20%，35 kV級約占20%。在農(nóng)網(wǎng)中，長距離供電較為普遍，10 kV線路損耗較大;在城網(wǎng)中，大工業(yè)的無功損耗在10 kV中，而其他則普遍在0.4 kV側(cè)。因此做好10 kV級電壓以下電網(wǎng)的無功補償具有重要意義。而10 kV用戶比較分散，則需要就地進行電網(wǎng)無功功率補償，則形成了無功功率補償裝置分布比較分散。
目前，無功功率補償，在10 kV側(cè)以下多采用并聯(lián)補償裝置。最簡單的就是開關(guān)(斷路器，電磁型交流接觸器)操作的電容器組和電抗器，這種裝置曾在電網(wǎng)中大量使用，但這種補償裝置是靜態(tài)的，它不能及時響應(yīng)無功功率的波動。這種電磁型投切開關(guān)(含電磁型交流接觸器)，由于受電容器涌流能力、放電時間、電容器分級及投切開關(guān)的操作頻率、使用壽命等因素的制約，補償?shù)娜萘渴艿较拗疲瑫r無法避免以下不足：
補償是有級的、定時的，因而補償精度差，響應(yīng)速度慢，一般為延時投切，不能適應(yīng)負(fù)荷變化快的場合。對一些變化的負(fù)荷，如電梯、起重、電焊、電弧爐這類裝置就無法進行跟蹤補償。
針對以上問題，基于智能晶閘管投切電容器裝置(TSC)(結(jié)構(gòu)示意見圖1a)和晶閘管投切電抗器(TCR)(結(jié)構(gòu)示意見圖1b)正在進一步發(fā)展，這些裝置能夠克服以上缺點，進行動態(tài)無功功率補償。進一步改進的FC+TCR型結(jié)構(gòu)(見圖1c)，即晶閘管投切電容器裝置和晶閘管投切電抗器并聯(lián)運行結(jié)構(gòu)(TSC+TCR)。由于采用了晶閘管控制技術(shù)，將微處理器用于其中，可以完成復(fù)雜的監(jiān)測和控制任務(wù)，從而使動態(tài)無功補償技術(shù)更完善，進入了智能控制。
近年來電力行業(yè)發(fā)展迅速，信息化建設(shè)日益加快，計算機技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用水平越來越高。動態(tài)無功補償?shù)闹悄芑刂茷榻o功補償控制器管理信息系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，因此開發(fā)具有遠(yuǎn)程無功功率補償控制器管理信息系統(tǒng)，具有重要的意義。
1 遠(yuǎn)程無功功率補償控制器管理信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
遠(yuǎn)程無功功率補償控制器管理信息系統(tǒng)(以下簡稱無功補償管理系統(tǒng))系利用現(xiàn)代通信技術(shù)、信息處理、儲存技術(shù)，實現(xiàn)各變電站、用戶等有無功功率補償器的計量點數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動采集、統(tǒng)計、分析。同時也可供其他用戶詢問有關(guān)無功功率補償?shù)臄?shù)據(jù)。
1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
無功補償管理系統(tǒng)采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，由主站(中心管理機構(gòu))、子站(各變電站、用戶等的控制器)和通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。主站的網(wǎng)絡(luò)中心，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過配制不同的通信模塊與各種方式與子站的采集終端通信，同時抄錄子站采集裝置的信息。
1.2 主站
主站是整個無功補償管理系統(tǒng)的中心，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、存貯、分析、統(tǒng)計等工作均在此完成，整個系統(tǒng)的安全也由它來預(yù)防。主站的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用冗余雙機集群互為熱備用工作方式。主站網(wǎng)絡(luò)采用冗余的高速網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有內(nèi)網(wǎng)、安全區(qū)、信息網(wǎng)、控制器終端等部分，其中控制器終端部分與專用設(shè)備相連接，經(jīng)過網(wǎng)橋直接入內(nèi)網(wǎng)，安全性高，安全區(qū)部分接互聯(lián)服務(wù)器，但不允許訪問主服務(wù)器，以保證系統(tǒng)的安全性。
系統(tǒng)的配制按模塊化、分布式，實現(xiàn)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)分離。底層包括支持平臺(操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫訪問接口)和服務(wù)器模塊;中間層具有訪問底層的統(tǒng)一接口;應(yīng)用層通過中間層進行訪問。系統(tǒng)中的重要模塊實現(xiàn)主輔備份。操作系統(tǒng)在設(shè)計上支持各類主流操作系統(tǒng)。在程序開發(fā)過程中應(yīng)充分考慮各操作系統(tǒng)的差異。
對于整個無功補償管理系統(tǒng)的安全性作了全面的考慮，首先在系統(tǒng)設(shè)計方面，有完備的用戶權(quán)管理功能，為每一個功能設(shè)置一個權(quán)限，并由系統(tǒng)管理員根據(jù)工作需要分配給相關(guān)部門的相關(guān)用戶。每一個用戶都有各自不同的密碼保護，這樣能有效的防止非法用戶的入侵以及非法操作。對于原始數(shù)據(jù)在技術(shù)上保證其不可更改，維護了原始數(shù)據(jù)的可靠性、安全性。系統(tǒng)應(yīng)用程序能自動生成登陸事件記錄;對于網(wǎng)絡(luò)的安全，采用防火墻實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)隔離，將與其他系統(tǒng)互聯(lián)的服務(wù)器放在防火墻的安全區(qū)，允許其他系統(tǒng)相關(guān)計算機訪問，但其他系統(tǒng)不能直接訪問本系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)。在系統(tǒng)外部訪問的網(wǎng)段上設(shè)置安全認(rèn)證措施，使認(rèn)證失敗的用戶不能建立連接，從而保證用戶的合法性，杜絕非法操作。
1.3 子站
子站主要分布在無功功率補償控制器所在部位，其主要任務(wù)是采集、存貯無功功率補償控制器的有關(guān)數(shù)據(jù)，監(jiān)測無功功率補償系統(tǒng)運營狀況，通過不同的通信方式按照一定的通信協(xié)議與主站交換信息。它主要有以下功能：
(1) 數(shù)據(jù)采集。在提供接口規(guī)約的情況下，能與各種計量或智能表計接口，可根據(jù)需要采集計量表送出的數(shù)據(jù)，包括各相電壓、電流及零序電流數(shù)據(jù)，各相的無功功率、投入的補償容量、功率因數(shù)、電壓合格率、事故記錄等。
(2) 數(shù)據(jù)存貯與處理。存貯周期可根據(jù)需要設(shè)置，應(yīng)有足夠大的存貯容量，以保證長時間存儲數(shù)據(jù)掉電時不丟失數(shù)據(jù)。同時它應(yīng)能對數(shù)據(jù)進行簡單處理，分時段、日統(tǒng)計數(shù)據(jù)其存貯段和間隔根據(jù)實際需要設(shè)定。
(3) 通信。終端站應(yīng)有多個通信接口，以不同的方式與主站通信，數(shù)據(jù)采集終端可配置RS232接口。
(4) 狀態(tài)監(jiān)視能夠監(jiān)測各種智能表的通信狀況，當(dāng)主站詢問時能反饋，更高級的，對通信故障能與主站報警。
(5) 自恢復(fù)。系統(tǒng)應(yīng)有自檢和自恢復(fù)功能使系統(tǒng)能自動恢復(fù)。
(6) 校時。系統(tǒng)具有實時時鐘和日歷，時鐘應(yīng)由主站定期校準(zhǔn)，以保證時鐘的統(tǒng)一和準(zhǔn)確。
2 通信協(xié)議
無功補償管理系統(tǒng)在管理中與補償控制器之間的通信，采用自定義通信協(xié)議。本協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)RS232及兼容串行接口，采用主-子方式，即主設(shè)備(管理中心)能初始化傳輸(查詢)。其他設(shè)備根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出反應(yīng)。主設(shè)備可以單獨和子設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有子設(shè)備通信。如果單獨通信，子設(shè)備返回一信息作為回應(yīng)。以廣播方式查詢時則不返回信息。
3 系統(tǒng)功能
數(shù)據(jù)的采集與分析。主站從各子站獲得各種數(shù)據(jù)和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)及累計數(shù)據(jù)。各種數(shù)據(jù)包括：各相電壓、電流及零序電流數(shù)據(jù)，各相無功功率、電壓電流相位差，補償容量，電壓合格率，故障記錄(包括一次過壓、欠電壓、諧波電壓畸變率超過4%、諧波電流畸變率超過20%等故障信息)，實時采集數(shù)據(jù)時還有各站點的溫度。日統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括：諧波電流畸變率最大時的各相3~15次奇次諧波電壓電流值及發(fā)生時間，總有功電量、總無功電量和總補償無功電量，零序電流最大值及發(fā)生時間，電流不平衡率大于25%累積時間。累積數(shù)據(jù)包括：有功電量、無功電量、補償無功電量。
數(shù)據(jù)處理功能：管理數(shù)據(jù)存儲、刪除、查詢和備份指定站點指定時間內(nèi)的數(shù)據(jù);圖形報表，以三維餅圖形式直觀地顯示各次電壓電流諧波及基波所占比例，以曲線圖形式顯示指定站點指定時間內(nèi)各種數(shù)據(jù)，直觀地反映出其變化趨勢;數(shù)據(jù)報表，以表格形式顯示各種指標(biāo)數(shù)據(jù);統(tǒng)計分析指定站點指定時間內(nèi)各項數(shù)據(jù)指標(biāo);根據(jù)用戶需要生成并打印各種報表。
系統(tǒng)管理功能：用戶管理，增減用戶并設(shè)置用戶類型及用戶密碼，保存用戶操作記錄和登陸記錄，故障處理，顯示故障記錄，并記錄故障處理措施;增減站點并設(shè)置站的地址、所屬編區(qū)等信息;電子地圖管理，選擇地市地圖，布置各站點位置;通信管理，設(shè)置串口參數(shù)，從自動抄表系統(tǒng)上傳各站信息，停止或啟動實時數(shù)據(jù)采集功能，測試各站點的通信裝置是否完好。
4 結(jié)束語
計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，程序設(shè)計能力的不斷完善，及眾多控制件的支持，為該系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一個平臺。無功補償管理系統(tǒng)可以作為一個獨立的系統(tǒng)運行，用于遠(yuǎn)程無功功率補償控制器的管理。若進一步的開發(fā)和完善，可成為電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。
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