淺談電力設計中無功補償自控方案的應用

呂瑞華

摘要：文章主要探討了電力設計中無功補償自控方案，對多種典型無功補償自控方案分別進行了研究和對比，總結出其各自的優點和缺陷。

關鍵詞：電力設計；無功補償；自控方案；應用

引言

將電力電子技術應用于無功補償自動控制中，可以以充分地發揮電力電子技術在無功補償中的優越性，完善無功補償的作用。在電力設計過程中，必須要確保所選的無功補償自動控制方案科學、合理，這對提升供電可靠性、減少電能損耗等具有十分重要的意義。

1無功補償概述

無功補償是對無功功率補償的簡稱，在供電系統中，主要功能是提高電網的功率因數，降低供電變壓器以及輸電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環境。因此，無功補償裝置在電力系統中可以說是不可或缺的。對無功補償裝置進行合理選擇，可以有效減少電網損耗，提升供電質量，而如果選擇不當，則可能導致電壓波動、諧波增大等問題。

在電力系統中，無功補償的主要目的，是減少有功功率及電壓的損耗，通過局部有效補償的方式，對電網的供電環境和供電質量進行改善。無功補償的重要作用主要體現在以下幾個方面：一是在供電過程中，可以有效減少供電設備以及輸配電線路帶來的損耗以及電能的損失，提升供電設備的供電能力，減小設備容量，節約成本；二是能夠有效提升供電的功率因數，提升對于電能的利用效率，減少供電過程中存在的電壓流失；三是可以減少電費開支，降低供電成本，推動我國電力行業的穩定健康發展。因此，在變電設計中，做好無功補償裝置的設計，是非常必要的，需要相關設計人員的充分重視。

2無功補償自動控制中電力電子技術的應用

2.1機械式接觸器

無功補償開關設備是通過與電容器開關并聯實現的自動控制。當電流輸入中初始電壓為“零”，根據接觸，實現合閘時電壓激增。此時所出現的電容器涌流，會嚴重影響到電容器。設置機械式接觸器就是為了對電容器組的涌流有效抑制，起到限流電阻的作用，同時還確保不會出現電壓下降和能量損耗。

2.2無觸點晶閘管

電容器組處于并聯運行狀態的時候，很容易出現涌流現象，將接觸器觸頭上粘結盒燒毀。將電力電子技術應用于其中，研制出無觸點晶閘管，又被稱為“固態繼電器”。其在運行的過程中，電壓過零時，即可將可控硅利用起來，發揮自動控制的作用。當電流為“零”，無觸點晶閘管會自動切斷，避免了由于拉弧出現而在電容器合閘時出現涌流。但是，無觸電晶閘管運行中存在著弊端，即諧波電流產生的時候，影響到電容器的持續運行。特別是設備的溫度逐漸提高，即便是有風扇排熱，也很難發揮效用。

2.3 復合開關

針對于無功補償中所出現的涌流現象，復合開關可以確保在電流過零的時候，抑制涌流。實現這種效果的原因在于，其采用的并聯方式中，有可控硅，且實現交流接觸，使得電流有效導通，對于電力系統的開關以有效控制，且正常運行情況下并不會有功耗出現。補償電容器投入使用中，根據使用功能可以選擇兩種復合開關，即單相分補和三相共補復合開關。提高系統運行效率，且降低運行成本，可以采用單相分補復合開關和三相共補復合開關綜合接線的方式。

3電力設計中無功補償自控方案的應用

3.1電子式自動補償控制方案

電子式自動補償方案已經有較長的發展歷史，這種方案所完成的無功補償工作是由分立元件組合而成的自動控制系統來實現的。自動控制系統是由相位、電流檢測單元、無功運算、比較單元、投切單元以及電容器設備組裝得來。其中，投切單元所配備的開關使用了交流接觸器，反應靈活。但這一系統的不足之處也很明顯，由于整體設備的零部件過多，造成其體型笨重，因而在面臨檢修工作時會帶來一定的不便，使得檢修過程更加復雜。同時，龐大的體積也會使安全可靠指數下降，并嚴重影響其反應速度。在投切的過程當中，會對電網產生較大的沖擊力，從而縮短其使用壽命。更為嚴重的是，有些企業的設備不能完成修復，而只能依靠人工操作來實現控制。

3.2單片機控制技術的無功補償方案

此方案主要包括兩種控制技術，即基于ATmega16單片機控制技術的無功補償方案及基于ADμc812單片機控制技術方案。其中，基于ATmega16單片機的控制技術的系統的組成包括信號調理模塊、控制補償模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤等多個部件組成。部件中的芯片ATmega16是一種結構較強且消耗功率較低的微型控制器。這種控制器的指令集十分先進，且單位時間內完成的指令效率極高，其數據吞吐率可達1MIPS/MHZ，這樣就有效緩解了系統在功率消耗和速度維持這兩方面的矛盾。與此同時，ATmega16單片機的AVR內核中設置的指令集十分全面，擁有32個常用工作寄存器，這些寄存器均與運算邏輯單元進行一次性連接，使得一條指令在一個單位周期內完成對兩個獨立寄存器的訪問成為可能。這種結構的合理性在于對提升代碼效率方面作用極大，并能夠達到10倍于普通控制器的數據吞吐率。這些優勢主要得益于芯片運算能力強和完善的快速檢測、實時補償及配變檢測等實用功能。AVR對信號的處理流程為：首先對A/D轉換器向外輸送的信號進行樣本采集，并將樣本信號實施FFT算法的運算處理，主要是計算功率因數、電壓及電流等指數；接下來對電壓情況進行判斷，及時發現電壓過大或電壓虧欠的問題，避免電流低于零的現象；然后將得出的結果作為依據，認真分析，從而對電容器的去留做出判斷；最后要計算出無功功率應獲得補償的額度，從而發出投切或輸出等相應指令。

3.3基于PLC控制的無功補償自控方案

PLC控制技術是一種新興的以微機技術為依托的電力控制設備。這一設備以傳統的續電器及觸器自控系統為基礎框架，其技術核心在于PLC控制技術。這一技術支持下的無功補償自控方案沿襲了原系統的主回路、相角檢測回路、輸出電路及供應電源，而采用PLC控制技術的部分則主要包括加減法電平轉換、延時電路、時鐘脈沖發生器、可逆計數器、清零電路以及譯碼器等硬件設備。相角檢測電路的輸出信號不強，因而難以成功驅動PLC的輸入。因此要對此信號進行放大處理，使其成為PLC能夠識別的信號。按照系統指示，使用PLC軟件進行自動化控制。應注意的是，原有電路中的三極管開關電路會受到輸出點容量的制約，因此應將其置于中間做為輸出電路使用。

4無功補償自控方案分析與比較

在經過以上分析之后，我們得出：不同的自動補償控制都有一定的缺點。其中，電子式自動補償控制方案的響應速度是非常滿的，而且線路設計十分的復雜。而對于單片機控制技術的自控補償方案來說，系統的抗干擾性又非常差，特別是難以保證中、高壓無功補償穩定性。除此之外，越高的電壓等級，其輻射范圍出現故障的影響范圍就會越大。但是，基于PLC技術的自動補償方案設計卻有很多的優勢，如：可擴展的范圍大、可靠性極強、抗干擾能力好、維護便捷等。因此，它便成為電力系統和成套無功補償裝置的首個設計方案。

結束語

總體來說，只有在選擇更優化的無功補償設計方案，才有可能大大降低電網功率因數、減少電能損耗，可以說，這對今后電網建設有著十分重要的現實意義。在電力設計過程中，必須要確保所選的無功補償自動控制方案科學、合理。這對提升供電可靠性、減少電能損耗等具有十分重要的意義。

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