低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

1、低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法1 無(wú)功功率補(bǔ)償原理與實(shí)現(xiàn)方法為提高供電設(shè)備效率，減少供電線路電能損失，國(guó)內(nèi)外自上世紀(jì)50 年代初就開(kāi)始進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的研究工作，其方法主要有兩種：一種是在電網(wǎng)上并聯(lián)電容器，通過(guò)提高電網(wǎng)的功率因數(shù)達(dá)到減少線路電壓損耗，提高供電設(shè)備利用率的目的;另外一種是在電網(wǎng)上并入同步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流的方法來(lái)改變電路負(fù)載特性。其中前一種方法適用于居民、商業(yè)及小型工廠的低壓供電系統(tǒng)，而后一種方法適用于大型工廠中的無(wú)功功率補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，由于電路特性是隨時(shí)變化的，為了達(dá)到較好的補(bǔ)償效果，就必須動(dòng)態(tài)跟蹤電路特性的變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路中U 與I 的相

2、位差角，根據(jù)角的大小決定并聯(lián)電容器的值。基本的功率因數(shù)cos補(bǔ)償電路如圖1 所示。電路中的K1Kn在自動(dòng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置中可采用雙向可控硅，在電路工作時(shí)，一般保證cos< 0.95，避免電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，損壞電網(wǎng)供電設(shè)備和用電器。具體的方法是通過(guò)對(duì)電壓U和電流I的相位檢測(cè)來(lái)判斷是否并入補(bǔ)償電容器，并入幾個(gè)，這些都是通過(guò)控制裝置自動(dòng)完成的，這就是動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的工作原理。2 現(xiàn)有補(bǔ)償裝置存在的問(wèn)題及解決方法上面所述的方法只局限于某一段電路，并沒(méi)有從整個(gè)電力網(wǎng)的角度來(lái)分析。為了彌補(bǔ)這一缺陷，就有必要對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)中的各段電路功率因數(shù)補(bǔ)償裝置進(jìn)行集中調(diào)控，使整個(gè)系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)工作狀態(tài)。由于現(xiàn)有

3、的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償裝置還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)連調(diào)，所以，有必要增加動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的數(shù)據(jù)通訊功能，將其工作狀態(tài)及相關(guān)的電流、電壓、功率因數(shù)、工作溫度、環(huán)境狀態(tài)等參數(shù)發(fā)送到總調(diào)室，總調(diào)室中的主控微機(jī)則根據(jù)前端工作狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)達(dá)到整網(wǎng)均衡運(yùn)行的目的。另外，在分析補(bǔ)償過(guò)程中所提到的電容器，是按理想電容器來(lái)分析計(jì)算的，實(shí)際的電容器可等效為電阻R與電容器C并聯(lián)電路，如圖2所示，電路的矢量圖如圖3所示。由矢量圖可列式中：tg為介質(zhì)損耗系數(shù)；為介質(zhì)損耗角由式可見(jiàn)：電阻R減小，電容器介質(zhì)損耗增加，電容器發(fā)熱，電解液易枯竭使電容量減小，補(bǔ)償不足。同時(shí)，電容器在密閉較嚴(yán)時(shí)易出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決這一問(wèn)

4、題，也應(yīng)對(duì)電容器的工作溫度、電容量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)發(fā)送給控制終端，便于及時(shí)維修更換，避免事故的發(fā)生。對(duì)于功率因數(shù)補(bǔ)償問(wèn)題，多年來(lái)，人們一直在變壓器輸出端或工廠電力入口等前端上進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，補(bǔ)償方案如圖4所示。由圖可見(jiàn)，前端補(bǔ)償只補(bǔ)償了10 kV以上供電網(wǎng)的無(wú)功電流，400 V低壓輸電網(wǎng)下端的無(wú)功電流并沒(méi)有得到補(bǔ)償，而現(xiàn)今居民和商業(yè)用電戶，多采用節(jié)能型日光燈照明，電路功率因數(shù)低，且得不到補(bǔ)償圖5為了解決這一問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)研制一種造價(jià)低、性能好的小型動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置(MTSC) 。將此裝置安裝于居民(或商業(yè)) 用戶的集中供電箱中，這樣就構(gòu)成了新的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制方案，如圖由圖

5、可見(jiàn)，采用這種方式后，對(duì)于變壓器至用戶集中配電箱這段電路的線路損失也得到了補(bǔ)償，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的。3 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置數(shù)據(jù)采集、傳輸控制方案的實(shí)現(xiàn)3.1 采集傳輸參數(shù)(1) 變壓器工作溫度T1 T6 (2) 各相電源電壓UA UB UC(3) 各相電流IA IB IC(4) 功率因數(shù)cosA cosB cosC(5) 無(wú)功電流I rA I rB I rC(6) 負(fù)荷饋電處電壓V a V b V c(7) 切入補(bǔ)償通道號(hào)Ac14 Bc14 Cc14(8) 電力電容器工作溫度t1 t12(9) 可控硅功率組件溫度tk1 t k12(10) 有功功率PA PA PA(11) 無(wú)功功率QA Q

6、B QC(12) 視在功率S A SB S C(13) 臺(tái)區(qū)用戶電量最多為30 個(gè)單元720戶3.2 采集傳輸控制參數(shù)(1) 電力電容投切保護(hù)控制12 路開(kāi)關(guān)量(2) 可控硅過(guò)流保護(hù)控制12 路開(kāi)關(guān)量(3) 可控硅過(guò)壓保護(hù)控制12 路開(kāi)關(guān)量(4) 用戶竊電、欠費(fèi)停/ 供電控制最多720個(gè)開(kāi)關(guān)量3.3 采集傳輸控制系統(tǒng)方塊圖及各部分的作用采集傳輸控制系統(tǒng)方塊圖如圖6 所示。3.3.1 傳感器部分傳感器部分將現(xiàn)場(chǎng)的電流、電壓、溫度、功率等參數(shù)變成采集傳輸控制器所能識(shí)別的信號(hào)(一般為05 VDC輸入) ，以便采集傳輸控制器對(duì)其進(jìn)行分析、計(jì)算，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，發(fā)出相對(duì)應(yīng)的控制信息，控制系統(tǒng)正常工作。

7、3.3.2 電量采集控制器電量采集控制器是集電量采集、傳輸、控制用戶停/供電以及防竊電功能為一體的前端設(shè)備，安裝于用戶各單元配電箱中，能實(shí)時(shí)采集用戶的用電信息，并具有防竊電功能，當(dāng)用電戶有竊電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，通過(guò)低壓電力線載波傳輸給采集傳輸集中控制器，采集傳輸集中控制器再將信息通過(guò)傳輸媒體發(fā)送給終端接收控制設(shè)備(或控制竊電戶停電) 。3.3.3 采集傳輸集中控制器采集傳輸集中控制器是裝于變壓器臺(tái)區(qū)內(nèi)的一臺(tái)主控機(jī)，它能同時(shí)采集64 路信號(hào)(模擬量或數(shù)字量) ，并能與30 臺(tái)電量采集傳輸控制器通訊，進(jìn)行電量計(jì)量、遠(yuǎn)程供/ 停電控制、竊電報(bào)警等操作。同時(shí)還能與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)

8、償裝置相配合，將該裝置的工作狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)通過(guò)傳輸媒體傳輸給終端計(jì)算機(jī)，達(dá)到全局網(wǎng)無(wú)功功率平衡補(bǔ)償?shù)哪康摹?.3.4 動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器是根據(jù)電網(wǎng)電壓與電流的相位差來(lái)控制電力電容器組是否投切、投切極數(shù)的一種控制器，通過(guò)改變投切極數(shù)來(lái)改變無(wú)功電流大小而達(dá)到改變的目的。3.3.5 電力電容器組及可控硅開(kāi)關(guān)組件電力電容器組及可控硅開(kāi)關(guān)組件是與動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償控制器相配合，完成動(dòng)態(tài)功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)囊环N附屬組件，它能根據(jù)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置所發(fā)出的控制信息完成相關(guān)的投切動(dòng)作。以上簡(jiǎn)述了系統(tǒng)組成及部分作用，其中，前端電量采集控制器是為今后推廣應(yīng)用遠(yuǎn)程電量管理而設(shè)置的，可根據(jù)實(shí)際情況決定取舍。4 結(jié)論通過(guò)以上闡述，不難看出在原有的無(wú)功功率補(bǔ)償產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，配置數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制系統(tǒng)，能使整個(gè)輸電網(wǎng)有效地聯(lián)調(diào)，并得到很好的無(wú)功功率補(bǔ)償