基于智能电容器的无功补偿系统设计
智能电容器在箱式变无功补偿装置中的应用
沾灰尘等原 因， 以致主触头接触不 良， 容易发 出噪音 ， 而 小区内的 箱式变大 多离住户近， 夜深人静时容易干扰住户休 息。 （ ４ ） 可靠性低 、 接线复杂、 占用空间大、 维护不方便等 。
（ ３ ） 在动 态的无功补偿 装置上 ， 配 置适 当 的无 功调 节器 ， 可 以改善 电力系统的动态性能 ，提高输 电线路 的输送 能力 和稳定
１ Ｒ。
都有冲击 ， 投切 电容器 的时候， 交流接触器 断弧 ， 导致 电容器频繁
受到冲击， 容量衰减 ， 寿命降低 ， 熔断器容易击 穿， 交流接触器 容
易 损坏 。 （ ３ ） 交 流 接 触 器 运行 一段 时间 后 ， 电磁 线 圈 吸 力 不 足 ， 主触 头
加装无功补偿后 ， 功 率 因素 ｃ ｏ ｓ 出升 高 ， 电流 Ｉ 降低 ， 有 功 损 耗 ＡＰ就 成 倍 降 低 。
１ 无功补偿 的意义
（ １ ） 无功 补 偿 能 保 证 电 网 的 电压 稳 定
定容 量 的 ２ ０ ห้องสมุดไป่ตู้３ ０ ％。
早期箱式变通常采用 由智能控制器 、 低压 电力 电容器 、 熔丝、 复合 开关或机械 式接 触器 、 指示灯、 热继 电器等 散件 组成 的传统
无 功补 偿 装 置 ， 该 装 置 存 在 以 下缺 点 ：
电力建 设
壤 材 目 蓑 晦
２ ０ １ ３年 ７月
智能电容器在箱式变无功补偿装置中的应用
叶 福 明
（ 福建省三钢集 团有限责任 公司 福建省 三明市 摘 ３ ６ ５ ０ ０ ０ ） 要： 简要介绍 了无功补偿的意义 ， 通过 分析 箱式变中常规 电容 器构成 的无功补偿 系统存在的缺点 ， 而采用智能 电
智能补偿电容的原理
智能补偿电容的原理
智能补偿电容是一种能够实现电网无功补偿的设备，它的工作原理基于电容器的电流-电压特性和对电网中的无功功率进行
实时检测与计算。
智能补偿电容的核心是电容器，它可以储存电能并随着电网的无功功率需求进行补偿。
当电网中存在无功功率时，智能补偿电容会通过检测电网中的电流和电压来计算出无功功率的大小。
然后，根据计算出的无功功率，智能补偿电容会相应地调整其接入或退出电网的电容器数量，以达到电网无功功率平衡的目的。
具体而言，智能补偿电容通过测量电网中的电流和电压，计算得出电网的功率因数（power factor），即无功功率与有功功
率的比值。
当功率因数小于1时，说明电网中存在无功功率，此时智能补偿电容会接入电容器来进行无功补偿，提高功率因数。
反之，当功率因数等于1时，电网中不存在无功功率，智能补偿电容则会退出电容器，停止无功补偿。
智能补偿电容的优势在于它能够根据实际的无功功率需求进行动态调整，以避免电网的过补偿或欠补偿现象。
同时，它还可以通过与其他智能设备的联动，实现更高级的电网管理和优化控制，提高电网的稳定性和效能。
总的来说，智能补偿电容的工作原理是通过电流-电压特性和
功率因数的计算来实现电网中无功功率的补偿，从而提高电网的功率质量和效率。
电容无功补偿原理
电容无功补偿原理
电容无功补偿是一种电力系统中常用的措施，通过添加电容器来提供无功功率，从而改善电力系统的功率因数。
其原理基于电容器具有存储和释放电能的能力。
在电力系统中，电流由有功分量和无功分量组成。
有功功率用于供应实际的负载功率需求，而无功功率用于维持电力系统的稳定性和电压质量。
功率因数是衡量电力系统负载对电源的有功功率利用效率的指标，它描述了有功功率和视在功率之间的关系。
当电力系统的功率因数较低时，系统的无功功率需求较大，这会导致电压下降、能源浪费以及系统效率降低。
为了改善功率因数和减少无功功率，电容无功补偿可以被应用。
电容器连接到电力系统中，在负载端补充无功功率，并改善功率因数。
当负载需要无功功率时，电容器通过释放储存的电能来满足这一需求；而当负载产生多余的无功功率时，电容器则可以吸收多余的无功功率来维持系统的平衡。
通过电容无功补偿，系统的功率因数可以得到改善，无功功率的流动得到控制，系统的电压稳定性得到提升，能源浪费得到减少。
同时，这种补偿措施对电力系统的可靠性和稳定性也有积极的影响。
总而言之，电容无功补偿利用电容器的储能和释能能力来提供无功功率，从而改善电力系统的功率因数，减少能源浪费，并
提高电压质量和系统的稳定性。
这是一种有效的电力系统优化措施。
智能无功补偿控制器的设计
工程设计项目名称：智能无功补偿控制器的设计智能无功补偿控制器的设计摘要：随着社会的发展，社会用电量的急剧增加，大量低功率因素的负荷接入电网对电网形成的巨大挑战。
而且现在用户对电能质量的要求越来越高，同时也为了电网的安全运行，需要平衡无功负荷功率。
在低压供电系统中，低压无功补偿装置的功能就是向感性负载设备就近提供无功功率，低压无功补偿控制器是无功补偿装置的核心，采用检测电网运行参数，减少了运算量，提高电网参数辨识的精度，并可以简化系统软件设计。
控制器以MCU处理器为控制核心，采用功率因数控制方式来检测电压电流并计算出功率因数、无功功率，按照一定的控制规律投切电容器组，实现无功补偿。
本文首先介绍无功补偿的基本原理，再详细介绍基于STM32F103RBT6和ATT7022E的无功补偿控制器的设计。
关键词：无功补偿、控制器、功率因数、STM32F103RBT6、ATT7022E一、引言电力是我国的主要二次能源，随着国民经济的发展，节电降耗，减少生产成本是企业追逐的目标。
但是电力系统中先天性的存在着大量的无功负荷，这些无功负荷来自电力线路、电力变压器以及用户的用电设备。
系统运行中大量的无功功率将降低系统的功率因数，增大线路电压损失和电能损失，严重影响着电力企业的经济效益，解决这些问题的一个有效途径就是进行无功补偿。
功率因数的提高，不仅能提高供电设备的供电能力，而且可以降低电力系统的电压损失，减少电压波动，改善电能质量，降低电能损耗，从而节省电力提高企业的经济效益。
同时，在现代电力企业中，功率因数是考核配电网运行的重要指标。
为达到考核指标，必须结合本地区的具体情况，进行无功的规划,其规划的目的是：(1)保证规划地区的无功平衡，维持电力系统的无功稳定。
(2)提高地区电网电压的质量，使地区电网无功、电压优化运行。
(3)提高功率因数、改善地区电网电能质量，提高电力企业经济效益。
(4)合理确定无功补偿方式、无功补偿容量、无功补偿的安装地点使补偿效果最佳。
现代电力TDS智能式低压电力电容器产品介绍
03
某新能源汽车充电站建设案例
在该新能源汽车充电站建设中，采用TDS智能式低压电力电容器进行功
率因数校正后，显著提高了充电设备的运行效率和充电速度。
PART 05
安装调试与操作维护指南
REPORTING
WENKU DESIGN
安装前准备工作建议
确认电容器及其附件的型号、规格和数量是否符合设计要求，检查产品合格证和出 厂试验报告是否齐全。
工业自动化领域的应用
1 2 3
自动化设备无功补偿
针对自动化设备运行过程中产生的无功功率， TDS智能式低压电力电容器可实现快速、精准的 无功补偿。
工业机器人供电优化
工业机器人对供电质量要求较高，TDS智能式低 压电力电容器可优化供电质量，提高机器人运行 稳定性。
工业节能改造
在工业节能改造项目中，TDS智能式低压电力电 容器可降低系统能耗，提高能源利用效率。
自动保护等智能化功能。
高可靠性
采用优质元器件和先进的生产 工艺，确保产品的高可靠性和
长寿命。
宽电压范围适用
适用于不同电压等级的低压电 力系统，具有广泛的适用性。
易于安装与维护
产品设计简洁，安装方便，维 护成本低，为用户节省了大量
时间和成本。
PART 02
技术原理及性能指标
REPORTING
WENKU DESIGN
产品定义与功能
01 定义
02
03
1. 自动无功补偿 2. 谐波滤除
04 3. 三相平衡
05 4. 电能质量优化
现代电力TDS智能式低压电 力电容器是一种先进的电 力电子装置，专为低压电 力系统设计，用于提高功 率因数、降低谐波失真、 平衡三相负载以及优化电 能质量。
电力系统中的无功补偿优化解决方案
电力系统中的无功补偿优化解决方案概述无功补偿是电力系统中重要的一环，可以提高系统的功率因数、降低线路损耗、改善电压质量等。
在传统的电力系统中，无功补偿主要依靠电力电容器实现，但由于电力电容器存在功耗和寿命等问题，无法完美解决无功补偿的优化问题。
因此，探索更优化的无功补偿解决方案成为了当前电力系统研究的热点之一。
第一部分：电力系统中的无功补偿问题在电力系统中，无功功率是导致电网电压下降、线路过热和电力设备故障等问题的主要原因之一。
同时，无功功率也是电力系统中公共电网与大型工商业用户之间的有价值的能力资源。
因此，如何进行无功补偿，提高电力系统的功率因数以及优化供电质量具有重要意义。
在电力系统中，无功补偿的关键是要准确判断无功功率的大小和方向。
常见的无功补偿方式有基于电力电容器的无功补偿和基于STATCOM的无功补偿两种。
第二部分：基于电力电容器的无功补偿方案基于电力电容器的无功补偿方案是传统的无功补偿方式，通过并联接入电抗器和并联电容器来实现。
电容器可以消耗无功电能，并通过调节并联电感器的阻抗来改善电网的功率因数。
然而，电力电容器也存在一些问题。
首先，电容器本身具有一定的功耗，会导致系统的损耗增加。
其次，由于电力电容器的使用寿命有限，需要定期更换，这给电力系统的运维带来一定的不便。
为了解决这些问题，研究人员提出了一系列的无功补偿优化解决方案。
第三部分：基于STATCOM的无功补偿方案STATCOM（Static Synchronous Compensator）是一种新型的无功补偿设备，通过电力电子技术将无功电能转化为有用的有功电能，实现无功补偿。
相较于电力电容器，STATCOM具有很多优势。
首先，STATCOM可以自动调节无功功率，无需人工干预。
其次，STATCOM具有快速响应能力，可以在短时间内对系统进行无功补偿。
此外，STATCOM的寿命长，可以持续使用较长时间。
然而，STATCOM也存在一些限制。
智能电容无功补偿
智能电容无功补偿
智能电容无功补偿是可以有效补偿电力系统的无功功率缺陷的一种先进技术，
为有效减轻电力系统负荷形成更完善的负荷电压调节提供了一种可行的解决方案。
智能电容无功补偿可以大大降低电力系统无功功率的全损失。
通过采用该技术，可以有效地实现电力系统的恒定无功功率的补偿，有效的改善了系统的电压水平和线路参数，进而提高了系统的仿真效果、安全性以及可靠性。
此外，智能电容无功补偿技术的优势还在于能够发挥多倍的补偿能力，发挥更
大的无功补偿效果，改善系统的平衡度，同时也能有效地限制成本和提高效率。
智能电容无功补偿具有分散补偿——以有效的补偿技术把无功补偿区域划分为
一个交流系统的网络，使用自抗性UPS、传感器把电容的效果及时的发送到系统中，从而实现分散无功补偿的效果。
空载损耗小——将智能电容无功补偿技术应用于系统无功补偿，由于原理、设计以及执行上，能够有效地提高电容器的利用效率，同时还可以大大降低系统空载损耗。
直流抗干扰能力强——智能电容无功补偿具有优良的直流抗干扰能力，能够有效抑制系统的非线性电流、频率以及桥头电压漂移等现象，从而有效的实现电力系统的抗放电效果。
总之，随着发电厂的改造和新建，以及变电站、线路的架设，智能电容无功补
偿技术将会越来越受到重视，给社会经济发展带来更加持久的协调性，这一技术无疑将为我们的技术应用开辟出新的无功补偿领域，且能够更好的应对未来发电应用的持续发展。
电容器自动补偿原理及无功补偿计算
一、KL-4T 智能无功功率自动补偿控制器1、补偿原理JKL-4T 智能无功功率自动补偿控制器采用单片机技术，投入区域、延时时间、过压切除门限等参数已内部设定，利用程序控制固态继电器和交流接触器复合工作方式，投切电容器的瞬间过渡过程由固态继电器执行，正常工作由接触器执行(投入电容时，先触发固态继电器导通，再操作交流接触器上电，然后关断固态继电器；切除电容时先触发固态继电器导通，再操作交流接触器断电，然后关断固态继电器)，具有电压过零投入、电流过零切除、无拉弧、低功耗等特点。
2、计算方法及投切依据以电压为判据进行控制,无需电流互感器，适用于末端补偿，以保证用户电压水平。
1)电压投切门限投入电压门限范围 175V ～210V 出厂预置 175V切除电压门限范围 230V ～240V 出厂预置 232V回差 0V ～22V 出厂预置 22V2)欠压保护门限（电压下限）170V ～175V 出厂预置 170V3)过压保护门限（电压上限）242V ～260V 出厂预置 242V4)投切延时 1S ～600S 出厂预置 30S3、常见故障及处理办法用户端电压过低而电容器不能投入。
1）电压低于欠压保护门限。
2）三相电压严重不平衡。
二、JKL-4C 无功补偿控制器1、补偿原理JKL-4C 无功补偿控制器采用单片机技术，投切组数、投切门限、延时时间、过压切除门限等参数可由用户自行整定。
取样物理量为无功电流，取样信号相序自动鉴别、转换、无须提供互感器变比及补偿电容容量，自行整定投切门限，满量程跟踪补偿，无投切振荡，适应于谐波含量较大的恶劣现场工作。
2、计算方法及投切依据依据《DL/T597-1996低压无功补偿器订货技术条件》无功电流投切，目标功率因数为限制条件。
1）当电网功率因数低于COSФ预置且电网无功电流大于1.1Ic 时（Ic为电容器所产生无功电流，由控制器自动计算），超过延时时间，补偿电容器自动投入。
2）当相位超前或电压处于过压、欠压状态时，控制器切除电容器。
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基于智能电容器的无功补偿系统设计
发表时间：2019-11-29T15:45:45.420Z 来源：《中国电业》2019年16期作者：穆海萍
[导读] 适用场合广泛且维护方便，可靠性高等优点，因此具有良好的推广应用前景。
摘要：当前的智能式电容器比较先进，集现代测控、电力电子技术、网络通信协议、自动控制原理以及新型绝缘材料技术等为一体，具有补偿效果好，小型化，功率消耗低，接线方便，适用场合广泛且维护方便，可靠性高等优点，因此具有良好的推广应用前景。
关键词：智能电容器；无功补偿；系统
1智能电容器模块的电气结构与原理
如图1、图2所示，智能电容器模块由智能测控单元、晶闸管复合开关电路、线路保护单元、2台△型(三相补偿)或I台Y型(分相补偿)低压电力电容器构成，它们各自独立工作又互相联系。
(1)智能测控单元。
智能测控单元以工业级DSP为核心，同AD转换、CAN-籅US通信、LCD显示、数据存储等构成一个系统，集采样、运算、分析、控制、通信、人机交互、数据存储于一体，与其它部件进行数据交换，从而有效地协调整个智能电容的工作。
同时，智能测控单元坯集成了外部通信功能，可以把本机的运行工况和测量数据通过RS-485接口与外部设备通信以及与其它智能电容器、控制器或后台监控系统进行数据交换，真正做到了透明化、智能化和模块化。
(2)煽控硅复合开关电路。
晶闸管复合开关电路包含了可控硅.过零检测与触发模块、可控硅保护模块、磁保持继电器驱动模块及开关故障检测模块。
电路采用电力电子可控硅与大功率磁保持继电器复合技术，利用可控硅的快速导通和磁保持继电器触点的零压降实现互补，真正做到过零投切和低功耗运行。
合闸时，该电路可实时检测可控硅开关两端(即电力电容器与电网)的电压差，当电压差基本为0（相差小于3V）时，触发可控硅导通，无冲击涌流，做到柔性投入;之后，磁保持继电器吸合，短路可控硅的两端电极，通过继电器触点接通主回路 (3)线路保护单元
线路保护单元由空气开关、快速熔断器及电流检测回路组成。
此单元旨在保护智能电容器整机，当智能电容器发生过负荷、三相不平衡或内部短路等故障时，线路保护单元实时跳闸，以保护电网不受影响。
(4)电力电容器。
电力电容器采用干式自愈式金属化薄膜电容器，使用高温薄膜卷绕、环氧树脂材料灌封，罐内填充氮气或蛙石，设置防爆装置，安全无泄漏;内置温度传感器，把电容器的实时温度信号传送至智能测控单元，用作过温保护判据。
2 无功补偿控制策略与电容器投切方式
2.1 无功补偿控制策略
传统的无功补偿控制策略有无功功率控制、功率因数控制、电压控制、电压无功控制、电压功率控制、电压时间控制等，本文采用的是电压无功控制策略。
电压无功控制方法又称之为九区图法，即在含有变压器的情况下，将平面按电压和无功功率的上下限划分为九个区域，不同的区域代表不同的含义，通过投切电容器进行无功补偿的控制。
在配有载调压变压器的条件下，通过调节变压器分接头和投切电容器可以改变电网电压和无功补偿容量ＱＣ，
进而改变母线电压Ｕ和从电力系统吸收的无功功率Ｑ。
2.2 电容器过零投切
电容器的投切控制是配电网运行中的一项重要研究内容，根据选择的控制目标及控制参数的不同，可将控制方式分为单一变量控制和综合控制，单一变量控制方式主要包括无功功率控制方式、功率因数控制方式、电压控制方式等。
近些年随着人工智能技术的发展，也出现了基于模糊控制理论的控制方式。
无论是何种控制方式都应该尽量做到在不发生过补偿、投切振荡、冲击电流等情况下，最大限度地利用补偿设备快速地提高电网的功率因数。
本文设计的智能电容器所需的投切开关为复合开关。
复合开关将磁保持继电器和晶闸管复合并联在一起，兼两者之长。
复合开关的工作原理：线路导通时，驱动电路先发出信号使晶闸管导通，再控制继电器导通，当磁保持继电器导通后，电网电流转移到继电器上，此时驱动电路发出信号使得晶闸管断开，系统正常工作；线路断开时，驱动电路先发出信号使晶闸管导通，此时继电器仍处于导通状态，再控制继电器断开，最后驱动电路发出信号，使得晶闸管在电流过零处断开。
复合开关的优点有：无涌流，无电弧；能够实现电压过零处投入，电流过零处切除；功率损耗低。
现在很多电力电子仪器都对电压要求很高，无功补偿的趋势就是过零投切。
过零投切实际上就是电压过零时投入，电流过零时切除。
过零投切的原理：电容器的电压不能突变，如果不是在电压过零点处投入，那么电容器的电压和系统中本身的电压叠加，会产生幅值大、频率高的涌流，增加了功率损耗，增加了对电容器及其他设备的冲击次数。
3智能电容无功补偿器的硬件模块设计
3.1 硬件模块
智能电容器的模块及其功能为：电源模块，为ＤＳＰ控制器、磁保持驱动电路、运放芯片、液晶显示模块等提供所需的电源支持；ＤＳＰ控制器，采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片，控制整个系统的运行；电网参数采集模块，采集需要的电压电流参数，输送到ＤＳＰ控制器内进行计算；温度采集模块，通过检测周围的环境温度，实时监控是否满足智能电容器的工作温度；复合开关驱动模块，ＤＳＰ控制器检测到电网需要进行无功补偿时，复合开关驱动模块发送驱动信号，控制电容器的投切；按键与液晶显示模块，即人机操作界面，可以通过按键与液晶显示屏操作与观察当期智能电容器的运行状态；通信模块，采用ＲＳ－４８５通信协议，负责智能电容器各模块之间的通信。
3.2 电网参数采集模块
本文采用的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片自带１６路１２位的Ａ／Ｄ转换器，可以对电压电流信号进行数据采集。
ＡＤＣ模块的模拟电压输入范围是０～３Ｖ，而低压配电网络的电压一般为３８０Ｖ，不在ＡＤＣ模块所采集的信号输入范围之内，并且ＡＤＣ模块比较敏感，当０Ｖ或３Ｖ的信号输入到模块端口时，可能会损坏ＡＤＣ端口而不能正常工作。
因此选择电压互感器对电压信号进行降压处理，
再通过采样电阻和电压抬升电路，使得电压信号满足所需的精度要求。
3.3 温度检测模块
基于智能电容器的无功补偿系统还需要进行环境温度的检测，尤其是在夏季，那些安装在室外的无功补偿装置，更要注意其温度的变化。
当环境温度过高时，电力电容器内部结构也会发生变化，可能会导致电容器的胀肚，甚至爆炸，影响仪器的使用寿命。
本文设计了温度检测电路，能够实时监测智能电容器的运行温度。
温度检测模块选用ＬＭ３５ＣＨ芯片，能够精密监测实时电流。
与用绝对温标校准的温度传感器相比，ＬＭ３５ＣＡＺ工作范围宽，精度和灵敏度高，灵敏度为１０．０ｍＶ／℃，精度在０．４～０．８℃，工作温度为５５～１５０℃。
而且输出电压与其检测的环境温度成正比关系，当环境温度为０℃时，电压为０Ｖ，每升高１℃，相对应的电压升高１０ｍＶ。
结束语
本文从无功补偿系统总体设计和智能电容器结构两方面入手，在对电容器补偿原理、电容器补偿方式、接线方法进行分析研究的基础上，设计出无功补偿系统总体结构和智能电容器的模块框图，采用共补为主，分补为次，两者结合的方式进行无功补偿，不仅无功补偿范围更大，还可以在三相不平衡的情况下进行分相补偿。
参考文献
［１］牛玉朕．油田区域电网无功补偿方案优化设计［Ｄ］．济南：山东大学，２０１２．
［２］梅文哲．配电变一体化静止无功补偿方法的仿真与试验研究［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２０１２．［３］徐余丰．无功补偿设备控制方案及调试装置的开发和应用探讨［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００９．［４］刘浩田．Ｂｕｃｋ型动态电容器综合补偿策略研究［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２０１５．［５］曹伟．利用无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１６．。