低压无功补偿技术研究综述 低压无功补偿控制器

　　摘 要：文章介绍了无功补偿技术的意义、原理和无功补偿装置的分类，论述了传统低压无功补偿设备的缺点，展望了配电系统智能低压无功补偿技术的研究现状。 　　关键词：低压；无功补偿；研究
　　中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0045－02
　　
　　1 低压无功补偿的意义
　　1.1 提高功率因数
　　功率因数可以表示为下述形式：
　　其中U―线电压，I―线电流。可见，在一定的电压和电流下，提高cosφ，其输出的有功功率就大。因此改善功率因数是充分发挥设备潜力，提高设备的利用率的有效办法。
　　1.2 减少电压损失
　　电力网的电压损失可用下式求出：
　　可见影响△U的因数有4个：线路的有功功率P、无功功率Q、电阻R和电抗X。如果采用容抗为TP的电容来补偿，则电压损失为：
　　故采用补偿电容提高功率因数后，电压损失△U减少，改善了电压。
　　1.3 减少线路损失
　　当线路通过电流I时，其有功损耗：
　　可见线路有功损失△P与cos2φ成反比，cosφ越高，△P越少。
　　2 无功补偿的基本原理
　　电网输出的功率包括两部分：①有功功率；②无功功率。在电力系统中，不仅有功功率要平衡，无功功率也要平衡。假设有功功率P、无功功率Q、视在功率S，φ为功率因数角，它的余弦cosφ＝p/s就是功率因数。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业的功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果不进行补偿，则必须由供电系统提供。为了满足用电要求，供电线路和变压器的容量就必须增大，这不仅增加了供电投资、降低了设备的利用率，还将增加线路损耗。不论是对于供电部门还是用电部门，对无功功率进行适时补偿以提高功率因数，以防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的作用。如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而提高电能作功的能力。把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷的装置并联接在同一电路中，能量在两种负荷间相互转换，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿，这就是无功补偿的原理。
　　3 无功补偿装置分类
　　按安装的部位分，可分为集中补偿、分组补偿、末端补偿。按主电路控制投切电容器的原件类型分，可分为接触器投切、晶闸管投切、复合投切。按补偿相数分，可分为单相补偿、三相补偿、混合补偿。按控制投切电容器的原件类型分，可分为机电开关投切、半导体电子开关投切、复合开关投切。
　　4 传统低压无功补偿设备的缺点
　　投切开关多采用交流接触器。其缺点是投切响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生冲击涌流，使用寿命短、故障多、维修费用高。采集单一信号，采用三相电容器，三相共补。此种补偿方式主要适用于三相负载（电动机）的场合，但主要用电为单相负荷的居民用户，难免三相负荷不平衡。那么，各相无功电量也不同，采用这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。无功控制策略，控制物理量多为电压、功率因数、无功电流。投切方式为循环投切和编码投切。该策略没有考虑电压的平衡关系与区域的无功优化。通常不具备配电监测功能。
　　5 配电系统智能低压无功补偿技术
　　5.1 先进的投切开关技术
　　目前采用的投切开关主要有以下几种：过零触发可控硅控制电子开关，其特点是投切速度快，在投切过程中对电网无冲击、无涌流，寿命较长，但有一定的功耗和谐波污染，目前运用较普遍；机电一体化智能复合开关。该开关是由交流接触器和固态继电器并联运行，既有可控硅开关过零投切的优点，又有接触器开关功耗小的优点，可广泛应用于低压无功补偿控制系统；低涌流真空开关采用自身的控制装置，监测电源及电容器的端电压，在事先设定的相位角发出合闸脉冲使开关各项合闸，避免了元件串联而引起的同步及保护问题，更具广泛的应用空间。
　　5.2 智能低压无功补偿方式
　　随着负载类型越来越复杂，电网对无功要求也越来越高，单纯的固定补偿已不能满足要求，新的动态无功补偿技术能较好地适应负载变化。电网中三相不平衡的情况越来越多，三相共补同投同切已无法解决三相不平衡的问题，而全部采用单相补偿则投资较大。为此根据负载情况充分考虑经济性的共分结合方式在新的经济条件下日益广泛应用。稳态补偿与快速跟踪补偿相结合的补偿方式是未来发展的一个趋势，主要是针对大型企业，工艺复杂、用电量大、负载变化快、波动大，充分有效地进行无功补偿，不仅可以提高功率因数、节能降耗，而且可以充分改善设备的工作容量，充分发挥设备能力，提高工作效率，增大经济效益。
　　5.3 智能型无功补偿控制器的选用
　　以无功功率为控制物理量，以用户设定的功率因数为投切参考限量，依据模糊控制理论智能选择电容器组合，智能投切是针对星－角结合情况。电容投切控制采用智能控制理论，自动及时地投切电容补偿，同时集数据采集、通信、无功补偿、电网参数、分析等于一体，并通过后台软件将存储记录的数据以图表或报表的形式显示、打印，及时对电网系统实时监测补偿无功功率容量。根据配电系统三相中每一相无功功率的大小智能选择电容器组合，依据“取平补齐”的原则投入电网实现电容器投切的智能控制，使补偿精度高。
　　5.4 电能质量监测及分析
　　对整个系统范围内的电能质量和电能可靠性状况进行持续的监测。实时监视系统谐波含量，电压闪变、扰动，频率偏差，不平衡度，功率因数等电能质量问题。通过手动或自动触发波形捕捉，记录扰动波形，进行电能质量分析和故障分析。
　　6 结束语
　　随着科学技术的进一步发展，更为先进的补偿装置出现，对提高供电电压质量、改善供电设备的潜力、降低线路损失及节能均起到积极的作用。 （编辑：尤俊丽）
　　
　　Research on Reactive Power Compensation Technology
　　Guo Jinbo
　　Abstract: The article describes the significance and principle of reactive power compensation technology and classification of reactive power compensation device, discusses the shortcomings of traditional low voltage reactive power compensation equipment, and looking forward to the current research status of intelligent low voltage reactive power compensation technology for distribution system.
　　Key words: low voltage; reactive power compensation; research
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