低压动态无功补偿装置的研究

发表时间：2018-08-21T14:09:44.733Z 来源：《电力设备》2018年第14期作者：李武卫[导读] 摘要：随着生产制造企业装备水平的不断提升，大功率、高精度、自动化装备应用的不断增加,电网运行质量及用能效率的提升成为日益突出的问题。在动力配电系统中配置低压无功补偿装置成为提高电能效率需求的必要手段。合理的利用并联电容器对无功功率进行补偿，抵消电路中产生的无功功率,提高功率因数,保证电网电能的充分利用,减少线路损耗,降低配电线路的成本有着重要的意义。

(中国重型汽车集团济南卡车股份有限公司山东济南 250116) 摘要：随着生产制造企业装备水平的不断提升，大功率、高精度、自动化装备应用的不断增加,电网运行质量及用能效率的提升成为日益突出的问题。在动力配电系统中配置低压无功补偿装置成为提高电能效率需求的必要手段。合理的利用并联电容器对无功功率进行补偿，抵消电路中产生的无功功率,提高功率因数,保证电网电能的充分利用,减少线路损耗,降低配电线路的成本有着重要的意义。关键词：低压动态；无功补偿；功率因数；装置研究引言：在电力系统中，功率因数的稳定高效是电能质量的重要保证。因此，相关能快速有效补偿电网无功功率的低压动态无功功率补偿装置的设计和制造就成为了一个亟待解决的问题，而无功功率补偿控制器作为无功补偿装置的核心部件，对其进行研究很有必要。

一、无功补偿方式探析

无功功率补偿方式分类按电容器安装的位置不同,低压电网采用并联电容器进行无功补偿的方式有三种:集中补偿、分散补偿和就地补偿。三种无功补偿方式,各有利弊,须将三种补偿方式统筹考虑、合理布局,才能取得良好的技术经济效益。（二）电容器的分组及接线方式电容器接线方式的不同,决定了补偿方式的不同。目前电容器组的接线方式有3种,分别是三角形接法、星形接法、三角形和星形相结合接法,相应的补偿方式为三相共补、三相分补、三相共补与三相分补相结合（三相混补）。电容器的星形接线方式和三角形与星形相结合的接线方式,虽然不会造成无功过补,但这两种方式控制复杂且电容器的造价高。同时,高精度的无功功率和电压检测又是无功补偿的关键环节,这两种接线由于分相控制需要,不仅大大增加了硬件设备投入,还增大了补偿装置的体积和质量,使得该部分造价比重过大。该设计是针对三相负载相对平衡的网络,因此采用三角形接线,装置造价低且不易出现过补。（三）无功补偿控制方式

首先，功率因数投切判据。以功率因数作为投切判据是电网无功控制的传统方法之一。然而功率因数并不能准确反映电网中负荷的无功分量大小,这往往造成电网重载时补偿不充分;而轻载时容易产生投切振荡。其次，无功功率投切判据。以无功功率作为投切判据的控制方式检测电网中的φ、U和I,而以功率因数作为投切判据的控制方式只检测电网中的φ。显然,以无功功率作为投切判据的控制方式更加真实全面地采样了电网的无功功率,可以做到检测量与控制目标一致,实现无功平衡和电容器组的一次投切到位,避免了反复试投切对电网和电容器的影响。最后，复合投切判据。以无功功率作为投切判据,虽然可以克服功率因数作为投切判据时的缺点,但它们都属于单一判据,仅以减少网络损耗为目的。为了控制更为精确合理,可采用电压无功复合投切判据,对电压、无功进行综合调节,这种控制方式不仅减少了网络损耗,而且还兼顾到电压质量。该设计就采用这种复合投切判据。

二、低压动态无功补偿控制器的控制策略目前国内生产的低压无功补偿控制器一般采用8位、16位单片机或DSP为核心进行无功补偿控制。控制器可以用户设定的功率因数为投切参考限量，计算出所需供给的无功功率，之后智能选择合适的电容组进行投切。（一）单变量控制

首先，按电压变量控制。在电网系统中，无功功率一旦有大的波动，就会严重降低电网电压的质量。按电压变量控制的控制器优点是：控制实现方式比较简单，造价比较低，且便于维护管理。但是当电网系统电压出现较快波动时，容易出现投切振荡现象，因此补偿效果并不理想。其次，按功率因数变量控制。采用此种控制方式，需要提前设置一个合理的功率因数变量控制区间。其优点是：无功控制灵敏度较高，但是当系统的负载较小且功率因数较低时电容器组可能频繁投切，就容易产生投切振荡。最后，按无功功率变量控制。按无功功率变量控制即是以电网系统无功功率作为被控制的变量，使其作为电容组投切的判据。采用此种控制方式，需要不断的监测电网系统中的无功功率，并且与所设置电容器组的补偿值进行比较，此种控制方式的优点是：其可以实现补偿电容器组无功补偿投切一次到位，基本上可以避免投切振荡。

（二）复合变量控制

首先，按功率因数变量、电压变量复合控制按供电电网系统功率因数变量、电压变量复合控制的控制方式主要有两种：其一是把电压变量和功率因数变量作为两个级别相同的并行判据，此种控制方式下，电网系统电压即使在合理的工作范围内，而功率因数值一旦进入电容器组投切控制区间，控制器则仍然发出投电容器指令。其二是以电网电压变量为主控判据，以功率因数变量为辅助判据，但经实践检验这种复合控制方式的无功补偿效益效果不是太理想。另外，按电压变量、无功量复合控制根据电网系统的实际需要，可提前设置好电网系统控制电压和控制无功的上限和下限，之后依据相应的控制需要，可再将无功补偿控制装置的运行区域再划分为九个不同的控制区，每一个区域都对应着相应不同的控制方式，这也即是目前较为流行的“九区图”控制方式。这种控制方式的最大缺点是：控制装置一旦进入第9区立即会停滞下来，从而不会再监测调节电网系统参数，因此可能造成电网系统长时间运行在低质量甚至不合格的电压环境之中。

三、无功补偿装置简介（一）同步调相机

同步调相机作为早期的无功补偿技术，其结构与同步电动机基本相同，其运行维护比较复杂，技术上已经显得落后。（二）固定补偿电容器

在供电电网系统中，固定补偿电容器需要的无功功率，与电机等感性负载需要的无功功率，在时间上正好相反。但当电容器补偿系统无功时，其供给的无功功率对电压的变化非常敏感，其无功功率调节能力比较差。可因为其补偿容量装设比较灵活，维修保养上也比较方便，分散集中装设均可，在我国电网系统中，固定补偿电容器仍然在大量使用。（三）动态无功功率补偿装置