低压动态无功功率补偿装置电路设计

　　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。

　　　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10 kV以上供电网的无功电流，400 V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　UA UB UC
　　(3) 各相电流　IA IB IC
　　(4) 功率因数　cosφA cosφB cosφC
　　(5) 无功电流　I rA I rB I rC
　　(6) 负荷馈电处电压　V a V b V c
　　(7) 切入补偿通道号　Ac1～4 Bc1～4 Cc1～4
　　(8) 电力电容器工作温度　t1 ～ t12
　　(9) 可控硅功率组件温度　tk1 ～ t k12
　　(10) 有功功率　PA PA PA
　　(11) 无功功率　QA QB QC
　　(12) 视在功率　S A SB S C
　　(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0～5 VDC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。