低压动态无功功率补偿装置方案设计与实现方法

低压动态无功功率补偿装置方案设计与实现方法1无功功率补偿原理与实现方法为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U与I的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数cosφ补偿电路如图1所示。电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个，这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。2现有补偿装置存在的问题及解决方法上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电力网的角度来分析。为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压、功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。由矢量图可列式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损耗角由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现象。为及时发现并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果及时发送给控制终端，便于及时维修更换，避免事故的发生。对于功率因数补偿问题，多年来，人们一直在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。由图可见，前端补偿只补偿了10kV以上供电网的无功电流，400V低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采用节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制一种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置(MTSC)。将此装置安装于居民(或商业)用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿控制方案，如图由图可见，采用这种方式后，对于变压器至用户集中配电箱这段电路的线路损失也得到了补偿，其带来的经济效益是相当可观的。3动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现3.1采集传输参数(1)变压器工作温度T1～T6(2)各相电源电压UAUBUC(3)各相电流IAIBIC(4)功率因数cosφAcosφBcosφC(5)无功电流IrAIrBIrC(6)负荷馈电处电压VaVbVc(7)切入补偿通道号Ac1～4Bc1～4Cc1～4(8)电力电容器工作温度t1～t12(9)可控硅功率组件温度tk1～tk12(10)有功功率PAPAPA(11)无功功率QAQBQC(12)视在功率SASBSC(13)台区用户电量最多为30个单元720户3.2采集传输控制参数(1)电力电容投切保护控制12路开关量(2)可控硅过流保护控制12路开关量(3)可控硅过压保护控制12路开关量(4)用户窃电、欠费停/供电控制最多720个开关量3.3采集传输控制系统方块图及各部分的作用采集传输控制系统方块图如图6所示。3.3.1传感器部分传感器部分将现场的电流、电压、温度、功率等参数变成采集传输控制器所能识别的信号(一般为0～5VDC输入)，以便采集传输控制器对其进行分析、计算，根据分析计算结果，发出相对应的控制信息，控制系统正常工作。3.3.2电量采集控制器电量采集控制器是集电量采集、传输、控制用户停/供电以及防窃电功能为一体的前端设备，安装于用户各单元配电箱中，能实时采集用户的用电信息，并具有防窃电功能，当用电户有窃电现象发生时，能及时发出报警信息，通过低压电力线载波传输给采集传输集中控制器，采集传输集中控制器再将信息通过传输媒体发送给终端接收控制设备(或控制窃电户停电)。3.3.3采集传输集中控制器采集传输集中控制器是装于变压器台区内的一台主控机，它能同时采集64路信号(模拟量或数字量)，并能与30台电量采集传输控制器通讯，进行电量计量、远程供/停电控制、窃电报警等操作。同时还能与现有的动态无功功率自动补偿装置相配合，将该装置的工作状态及相关参数通过传输媒体传输给终端计算机，达到全局网无功功率平衡补偿的目的。3.3.4动态功率因数补偿控制器动态功率因数补偿控制器是根据电网电压与电流的相位差来控制电力电容器组是否投切、投切极数的一种控制器，通过改变投切极数来改变无功电流大小而达到改变的目的。3.3.5电力电容器组及可控硅开关组件电力电容器组及可控硅开关组件是与动态功率因数补偿控制器相配合，完成动态功率因数补偿的一种附属组件，它能根据动态无功功率补偿装置所发出的控制信息完成相关的投切动作。以上简述了系统组成及部分作用，其中，前端电量采集控制器是为今后推广应用远程电量管理而设置的，可根据实际情况决定取舍。4结论通过以上阐述，不难看出在原有的无功功率补偿产品的基础上，配置数据采集、传输、控制系统，能使整个输电网有效地联调，并得到很好的无功功率补偿效果。参考文献：[1]诸俊伟。电力系统分析[M]。北京：水利电力出版社，1995。[2]马忠梅。单片机的C语言应用程序设计[M]。北京：北京航空航天大学出版社，1999。[3]杨振江。智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M]。西安：西安电子科技大学出版社，2000。