智能低壓無功補償裝置的設計與實現(xiàn)

??? 電力網(wǎng)在運行時，電源供給的無功功率是電能轉換為其它形式能量的前提，它為電能的輸送、轉換創(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)中的不當流動，必須進行無功補償。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構

??? 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、低壓電容器等元器件組成。采用一系列國內(nèi)領先的技術和最新的電子元器件及新型的機電一體化的智能復合開關，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)的負載能力和供電質量；同時還能夠實時監(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組成的智能復合開關投切電力電容器。當斷路器HS閉合后，控制器開始工作，對無功電流（功率因數(shù)）進行計算監(jiān)測，當無功電流I_q值增大到設定值時，控制器對指定的復合開關輸出過零觸發(fā)脈沖使之導通將電容器投入運行，直到功率因數(shù)逼近設定值，當無功電流I_q值下降到低于設定值時，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)設定值自動循環(huán)投入電容器進行補償。當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)。當無功缺口比較小時，主要由分補電容器進行補償。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 投切開關的選型

??? 電容器投切開關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)常進行檢修的問題。隨后出現(xiàn)的可控硅投切開關，具有電壓過零投入、電流過零切除、開關無觸點、反應速度快等特性，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合開關，具有無沖擊、低功耗、高壽命等顯著優(yōu)點。該開關為晶閘管開關和磁保持開關并聯(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的金屬化膜作為材料，嚴格按照國家標準及IEC標準組織生產(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合。

??? 采用智能低壓電子復合開關作為開關元件，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 結束語

??? 采用先進的DSP數(shù)字信號處理技術、高速工業(yè)網(wǎng)絡通信技術、Internet/Web等技術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。