智能低壓無功補償裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

??? 電力網(wǎng)在運行時，電源供給的無功功率是電能轉(zhuǎn)換為其它形式能量的前提，它為電能的輸送、轉(zhuǎn)換創(chuàng)造了條件。在電力系統(tǒng)輸送電能的過程中，無功功率不足，將使系統(tǒng)中輸送的總電流增加、使變壓器的出力減少、供電線路及系統(tǒng)設(shè)備有功功率損耗增大、線路末端電壓下降；而對于電力用戶來說，過多地從電網(wǎng)中吸取無功，不僅使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，也影響自身的用電和生產(chǎn)，使企業(yè)效益下降，甚至招致罰款。因此，為了減少無功的損失和避免其在電網(wǎng)中的不當(dāng)流動，必須進(jìn)行無功補償。而據(jù)統(tǒng)計，10 kV以下電壓等級的網(wǎng)損約占整個網(wǎng)損的50％以上，其中又以配電變壓器和用戶感性負(fù)荷所消耗的無功損耗為重點，所以，將無功補償?shù)闹攸c放在380 V電壓等級的配電變壓器和低壓用戶處是行之有效的降損節(jié)能措施。

1 智能低壓無功補償裝置的結(jié)構(gòu)

??? 智能低壓無功補償裝置主要由無功補償控制器、智能投切開關(guān)、低壓電容器等元器件組成。采用一系列國內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)和最新的電子元器件及新型的機電一體化的智能復(fù)合開關(guān)，集電網(wǎng)監(jiān)測與無功補償于一體，不但可以補償電網(wǎng)中的無功損耗，提高功率因數(shù)，降低線損，從而提高電網(wǎng)的負(fù)載能力和供電質(zhì)量；同時還能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等運行數(shù)據(jù)，可完成對整個低壓配電線路的監(jiān)測、分析處理、報表輸出等綜合管理，為低壓配電線路的科學(xué)管理提供第一手的可靠數(shù)據(jù)。其原理圖見圖1。

圖1　智能低壓無功補償裝置原理圖

??? 利用雙向反并聯(lián)的晶閘管與磁保持開關(guān)組成的智能復(fù)合開關(guān)投切電力電容器。當(dāng)斷路器HS閉合后，控制器開始工作，對無功電流（功率因數(shù)）進(jìn)行計算監(jiān)測，當(dāng)無功電流I_q值增大到設(shè)定值時，控制器對指定的復(fù)合開關(guān)輸出過零觸發(fā)脈沖使之導(dǎo)通將電容器投入運行，直到功率因數(shù)逼近設(shè)定值，當(dāng)無功電流I_q值下降到低于設(shè)定值時，控制器停發(fā)觸發(fā)脈沖信號而將電容器退出，以免電壓過高。其工作流程見圖2。

圖2　智能低壓無功補償裝置工作流程圖

2 器件的分析與選型

2.1 控制器的選型

??? 控制器是無功補償裝置的核心器件。我們選用的控制器采集三相電壓、電流，分級分相采用綜合判據(jù)來控制投切電容器。我們選用的控制器具備優(yōu)化無功補償策略程序，控制物理量如無功功率（功率因數(shù)）、投切時間、電流電壓門限等參數(shù)可設(shè)置，按照用戶需求和特性動態(tài)無功補償，并將共補與分相分組補償有效結(jié)合起來。該控制器實時采集電網(wǎng)三相電壓、電流，計算出實際無功大小（功率因數(shù)），然后根據(jù)設(shè)定值自動循環(huán)投入電容器進(jìn)行補償。當(dāng)夏季或無功缺口比較大的時候，自動投入共補電容器，以減少分補投入次數(shù)。當(dāng)無功缺口比較小時，主要由分補電容器進(jìn)行補償。防止損壞電容器，控制器投切電容器時加上三種限制條件：諧波閉鎖、電壓閉鎖、電流閉鎖。

2.2 投切開關(guān)的選型

??? 電容器投切開關(guān)是無功補償裝置的另一個重要器件。早期多采用的接觸器，在投入過程中涌流大，嚴(yán)重時，會發(fā)生觸頭熔焊現(xiàn)象。即使是帶有抑制涌流裝置的電容器投切專用接觸器，在無功負(fù)荷波動大，電容器投切頻繁的情況下，也存在使用壽命短，需要經(jīng)常進(jìn)行檢修的問題。隨后出現(xiàn)的可控硅投切開關(guān)，具有電壓過零投入、電流過零切除、開關(guān)無觸點、反應(yīng)速度快等特性，但其最明顯的缺點是功率損耗大，會產(chǎn)生很高的溫升，需要使用專用散熱器，來解決其通風(fēng)散熱問題，可靠性不高?，F(xiàn)在選用新型的機電一體化的智能復(fù)合開關(guān)，具有無沖擊、低功耗、高壽命等顯著優(yōu)點。該開關(guān)為晶閘管開關(guān)和磁保持開關(guān)并聯(lián)運行，其在接通和斷開的瞬間具有可控硅過零投切的優(yōu)點，而在正常接通期間又具有磁保持開關(guān)零功耗的優(yōu)點。

2.3 低壓電容器的選型

??? 電容器組選用自愈式低電壓并聯(lián)電容器。該電容器采用目前國際最先進(jìn)的金屬化膜作為材料，嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)及IEC標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)，具備放電器件，能使電容器上的剩余電壓在3 min內(nèi)降至50 V或更低。

3 智能低壓無功補償裝置的特點

??? 控制器內(nèi)部具備優(yōu)化的無功補償策略程序，控制物理量如無功功率（功率因數(shù)）、投切時間、電壓電流門限等參數(shù)可設(shè)置，按照用戶需求和特性動態(tài)無功補償，并將共補和分相分組補償有效結(jié)合。

??? 采用智能低壓電子復(fù)合開關(guān)作為開關(guān)元件，徹底解決了電容器投入時的浪涌電流問題，無觸頭燒損之慮，無需散熱，更不會產(chǎn)生諧波注入，安全可靠性高。

??? 具有完善的過壓、欠壓、缺相、諧波、振蕩等保護措施。

??? 具備GPRS通信功能，可將補償結(jié)果反饋給配電管理系統(tǒng)，計算無功功率經(jīng)濟效益，并可接受系統(tǒng)控制?？刂破魍瑫r具有配電監(jiān)測的功能，可通過GPRS通信模塊將配電信息上傳到主站端。

4 結(jié)束語

??? 采用先進(jìn)的DSP數(shù)字信號處理技術(shù)、高速工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、Internet/Web等技術(shù)制造的智能低壓無功補償裝置，穩(wěn)定性強、可靠性高、實時性好、功能強大，適用于各類城市電網(wǎng)、農(nóng)村電網(wǎng)、企業(yè)電網(wǎng)的配電自動化實施與改造，可有效的降損節(jié)能，具有很大的經(jīng)濟及社會效益。