淺談智能電力電容器在無功補償中的應用

時間：2022-06-02

摘要：目前農村配電網(wǎng)無功補償一般使用傳統(tǒng)無功補償裝置，存在運行可靠性低、容量配置調整困難、安裝接線復雜、維護困難、控制技術落后等問題，無法滿足現(xiàn)代農村用電負荷*劇增的需求。針對農村家用電器為單相設備，負荷變動大，三相負荷不平衡，終端電壓低的供電現(xiàn)狀，提出采用智能集成電容器混合補億方式，解決了農村低壓配電網(wǎng)因無功功率缺乏導致低電壓的問題，保證了村民居住區(qū)的電壓質量。
關鍵詞：電容器；無功補償；農村配電網(wǎng)；控制；智能
隨著國家對農村建設的大力支持,農村生活條件不斷改善,用電量也不斷加大,逐漸暴露出農村低電壓的現(xiàn)象；以及大量單相家用電器設備使用,將導致三相負荷不平衡，配電網(wǎng)電壓波動大，嚴重時則會損壞用電設備，因此，農村對電壓質量的要求也越來越高?，F(xiàn)農村配電網(wǎng)大部分仍使用傳統(tǒng)無功補償裝置，在 380 V低壓母線上采用集中補償方式。傳統(tǒng)補償裝置由控制器、交流接觸器或復合開關、△形聯(lián)接的電容器、保護器件等組成館。補償柜體積大,安裝接線繁雜,維護困難,整機可靠性低，同時由一臺控制器控制全部補償電容器的投切，當控制器發(fā)生故障時,整個補償設備停運。這種補償模式存在控制器的瓶頸效應隱患問題，不能實現(xiàn)無功平衡和電壓穩(wěn)定。因此,傳統(tǒng)無功補償裝置已無法滿足現(xiàn)代農村用電負荷的* 增長的需求，本文提出采用智能集成電容器無功補償模式,能實現(xiàn)智能控制,解決農村配電網(wǎng)因無功功率不足導致低電壓的問題。

1智能集成電容器的原理
智能集成電容器主要由電網(wǎng)參數(shù)采樣、智能網(wǎng)絡、智能控制器、過零投切、電力電容器、線路保護等單元組成。智能集成電容器一般分為上、下分體式模塊結構，模塊組裝、拆卸很方便。上方模塊由投切開關、智能控制器、線路保護等單元構成⑵；下方模塊由一臺或兩臺△形聯(lián)接或一臺Y形聯(lián)接電力電容器構成。智能集成電容器采用了現(xiàn)代檢測、電力電子、過零投切、自動控制、計算機和網(wǎng)絡通訊等**技術，其組成框圖如圖1所示。
1.1智能控制器
智能控制器為智能集成電容器的控制**，采用高性能、高精度TMS320C28x系列處理器DSP和低功耗、高性能STC89C53微控制器。STC89C53微控制器通過電壓電流互感器、濾波電路、采樣電路獲取低壓配電網(wǎng)的三相電壓和電流參數(shù)，経DSP實時計算出無功功率Q、功率因數(shù)X、有功功率P、頻率f、電容值C等電力運行參數(shù)，根據(jù)用戶的需求設定的各電力運行參數(shù)控制門閥通過單片機判斷是否需要進行電容器組無功補償。微控制器STC89C53通過 RS-485通信可實現(xiàn)與處理器DSP之間的高速數(shù)據(jù)交換，以滿足系統(tǒng)的實時性要求。

圖1智能集成電容器的組成框圖

1.2過零投切
智能集成電容器過零投切開關由大功率磁保持繼電器、雙向晶閘管、阻容吸收電路和線路保護器件等組成。電路采用電力電子技術和過零投切技術，利用雙向晶閘管的快速導通和大功率磁保持繼電器接點的零壓降實現(xiàn)互補。由單片機控制過零點投切開關實現(xiàn)電力電容器的投切，在雙向晶閘管兩端電壓為零或電流過零時，單片機發(fā)出觸發(fā)脈沖導通或斷開雙向晶閘管的指令，電力電容器投入或切除⑷。雙向晶閘管只在開關投切瞬間導通工作，大功率磁保持繼電器則在正常運行時保持通斷狀態(tài)，這樣確保電力電容器在投切過程中無沖擊電流、電弧、過電壓產生，低能耗運行。過零投切系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2過零投切系統(tǒng)圖

1.3智能網(wǎng)絡
智能集成電容器采用智能網(wǎng)絡通訊技術，構建RS-485通訊網(wǎng)絡，以光電耦合器和獨立電源組成 RS485通信電路。每臺智能集成電容器均有各自獨立的控制器，在多臺控制器聯(lián)機工作時，通過通信方式 **結合成一個整體,能自動分配ID地址，自動組網(wǎng)，其中地址碼小的一臺為主機，其余為從機。主機將接收所有從機的信息,依據(jù)無功功率Q、功率因數(shù)入等電力參數(shù)，綜合分析判斷后發(fā)出命令，指揮各電力電容器的投切。當主機故障時會自動退出，系統(tǒng)重新自動組網(wǎng)，在其余從機中產生一臺新的主機;若從機故障時自動退出不會影響其余從機的正常工作,避免了常規(guī)補償模式因控制器損壞而致使整個補償系統(tǒng) 停止工作的狀況，從而保證了補償裝置可靠運行。同時可根據(jù)實際無功補償容量的需要靈活調整電容量，模塊投入與撤出不需設置，能自動較新配置。智能網(wǎng)絡示意圖如圖3所示。

圖3 智能網(wǎng)絡示意圖

2智能集成電容器的優(yōu)勢分析
        智能集成電容器改進了傳統(tǒng)補償裝置的不足,具有過零投切、智能網(wǎng)絡、分相補償、溫度保護、人機接口、接線*、增容方便、可靠性高、低功耗等**優(yōu)點。
        (1)補償方式靈活，補償精度高。智能集成電容器組的補償方式可靈活采用共補、分補、混合補償優(yōu) 化組合，解決了低壓電網(wǎng)負荷的變化，三相負荷不平衡的無功功率補償?shù)膯栴}。三相嚴重不平衡的場合，可選用共補、分補的混合補償方式，同時還可以搭配多種不同規(guī)格的電容量進行混合補償，做到粗補、細補兼顧，補償效果好。根據(jù)需要補償?shù)碾娙萘看笮∵x用單機或多機補償,容量小時用單機獨立補償，容量大時用多機并聯(lián)補償。
        (2)積木結構，接線簡單，擴容方便。常規(guī)補償裝置每路差不多要用30根連接線，智能集成電容器模塊化結構，只要用3根連接線,比常規(guī)補償裝置減少的連接線，現(xiàn)場安裝、接線簡單,維護方便,接點能耗小，柜內溫升小。增加電容器的數(shù)量和容量配置調整方便,適應用戶的實時擴容需要。
        (3)智能組網(wǎng)功能。智能集成電容器補償系統(tǒng)為主從結構，當多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時，將各臺智能電力電容器的RS485通信接口連接起來，系統(tǒng)開始工作后就會自動組網(wǎng)。這種智能補償模式消除了傳統(tǒng)補償裝置控制器的瓶頸現(xiàn)象，提高了補償裝置的可靠性。
        (4)溫度保護。智能集成電容器內置有溫度傳感器，當電力電容器體內溫度大于溫度保護設定值時會自動切除電力電容器⑶，達到保護電容器的目的，解決了電容器因溫度過高而出現(xiàn)漲肚的問題。
        (5)電能損耗小。智能集成電容器補償1 kvar要比傳統(tǒng)補償裝置減小能耗1W多；積木式結構，體積比常規(guī)補償裝置減少約50百分之,連接線也減少了約80百分之,因此觸點、連接導線、元器件等減少了損耗50百分之以上。

3智能集成電容器的應用
某農村居住區(qū)1000多戶，低壓主干線損壓降較大,在家庭用電高峰時段電壓嚴重**-10百分之 ,原來通過采用調整變壓器的有載調壓檔位的措施來提高電壓，但是在非用電高峰時段電壓又嚴重**+10百分之 ,造成一些家用電器因電壓偏高而損壞。查明其原因是家庭用電器如空調、冰箱、風扇、洗衣機等感性負荷導致功率因數(shù)**0.8,農村用戶終端配電低壓無功補償嚴重不足。
該居住區(qū)變壓器容量為1000 kVA,按變壓器容量的50百分之配置無功補償容量為500 kvar。因居民區(qū)大都為照明、冰箱、空調、洗衣機等單相設備，選用HT-8C系列智能集成電容器，采用共補與分補的混合補償方式，其中三相共補償容量占60百分之的總補償量為300 kvar,分相補償容量占40百分之的總補償量為200 kvar。三相共補償智能集成電容器選用5臺電容容量(30+30)kvar(每臺有2組獨立投切的電容器組)，額定電壓 450 V,A形接線；分相補償智能集成電容器可選10臺，單臺總電容容量20 kvar,其中每相容量為6.67 kvar,額定電壓250 V,Y形接線，每相均可單獨控制投切。采用智能集成電容器補償后功率因數(shù)在0.92- 0.97之間，電壓控制在±10百分之之內的范圍，有效地改善了農村配電網(wǎng)低電壓的用電情況。

4安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹
4.1產品概述
        AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積較小，功耗較低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)妮^高要求。
        AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。
4.2產品選型
        AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

4.3產品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

5結束語
智能集成電容器采用了檢測、電力電子、過零投切、計算機和網(wǎng)絡通信等技術，具有完善的測量、計算、分析、控制、顯示、保護等功能⑹，多臺智能電力電容器聯(lián)機工作時，通過通信方式**結合成一個整體，故障時互不干擾。實踐證明，智能電力電容器解決了農村配電網(wǎng)因無功造成低電壓的問題，保證了居住區(qū)的電壓質量，設備運行穩(wěn)定可靠，補償效果好，維護方便，使用壽命長，節(jié)能環(huán)保，適合大力推廣應用。

參考文獻：
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（2）王祝華，曾龍海 ,楊祖雄，智能電容器在農村配電網(wǎng)無功補償中的應用
（3）安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版

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詞條說明
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