多點(diǎn)檢測(cè)分相控制的無(wú)階無(wú)功補(bǔ)償裝置研制

韓浩 尹亞南 皮薇薇

摘 要 無(wú)功補(bǔ)償通過(guò)減少輸配電線(xiàn)路中無(wú)功功率輸送達(dá)到降低線(xiàn)損的目的，是電力降損節(jié)能的有效措施。結(jié)合目前無(wú)功補(bǔ)償裝置的不足提出了分相檢測(cè)、分相調(diào)整的無(wú)階無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)方案，既達(dá)到了補(bǔ)償容量的連續(xù)可調(diào)，又有效延長(zhǎng)了補(bǔ)償裝置的壽命。通過(guò)測(cè)試達(dá)到了預(yù)想效果。

關(guān)鍵詞 線(xiàn)損 無(wú)功補(bǔ)償裝置 檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.10.021

Development of Non Reactive Power Compensation Device with

Multiple Points Detection and Phase Splitting Control

HAN Hao， YIN Yanan， PI Weiwei

（Zhengzhou Electric Power College， Zhengzhou， He'nan 450000）

Abstract Reactive power compensation by reducing reactive power transmission reach the purpose of reducing line losses in transmission and distribution lines， is an effective measure for power loss reduction and energy saving. Combined with the current lack of reactive power compensation device put forward a design scheme of phase detection， phase adjustment without order reactive compensation device， which can not only achieve the compensation capacity can be adjusted continuously， and prolong the service life of the compensation device. Through the test to achieve the desired results.

Keywords line loss； reactive power compensation device； detection

0 引言

電力降損節(jié)能在我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的進(jìn)程中占有越來(lái)越重要的地位。由于電網(wǎng)容量的增加，對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功需求也相應(yīng)地與日俱增，如果供電線(xiàn)路中存在大量無(wú)功功率流動(dòng)，勢(shì)必造成線(xiàn)路損耗以及線(xiàn)路電壓降的增大，降低了電能質(zhì)量與電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。在我國(guó)電網(wǎng)的總損耗中，220kV及以上電網(wǎng)的損耗所占比例約為31%，10～110kV電網(wǎng)約占26%，10kV及其以下配電網(wǎng)約占43%。采用各種降損節(jié)能措施、最大限度地利用現(xiàn)有電力設(shè)施非常必要，無(wú)功補(bǔ)償是降損措施中投資少、回報(bào)高的措施之一，對(duì)于降低輸配電線(xiàn)路因無(wú)功輸送造成的電能損耗，改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件都有著極為重要的意義。

1 目前采用的無(wú)功補(bǔ)償裝置分析

目前廣泛應(yīng)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有機(jī)械式投切電容器（Mechanically-Switched Capacitor，MSC）、晶閘管投切電容器（Thyristor-Switched Capacitor，TSC）、晶閘管投切電抗器（Thyristor-Switched Reactor，TSR）等三種，表1對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)進(jìn)行了比對(duì)分析。

表1

其缺點(diǎn)：（1）投切響應(yīng)速度較慢，投入時(shí)電容器產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，對(duì)電網(wǎng)以及電容器本身均會(huì)產(chǎn)生影響，造成壽命短、故障多、維修費(fèi)用高。

（2）采用分組投切易使功率因數(shù)產(chǎn)生波動(dòng)，影響補(bǔ)償效果，甚至?xí)霈F(xiàn)過(guò)補(bǔ)現(xiàn)象，產(chǎn)生無(wú)功倒送。

（3）采集單一信號(hào)，采用三相電容器同投同切，三相共補(bǔ)。以單相負(fù)荷為主的低壓配網(wǎng)，三相負(fù)荷不平衡在所難免，那么，各相無(wú)功電量也不同，采用上述補(bǔ)償方式會(huì)在不同程度上出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)，影響了補(bǔ)償效果。

2 無(wú)功補(bǔ)償容量及控制策略

電容器的無(wú)功容量可以用下述公式表述：

= ··

由公式可見(jiàn)：要想改變電容器的無(wú)功容量只能夠通過(guò)改變C值的大小或者改變U來(lái)實(shí)現(xiàn)。

交流電壓的有效值為：

目前常采用的變壓方式主要是通過(guò)圖1所示的改變電力電子器件的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)，而此種方式應(yīng)用于電容器中并不理想。

為實(shí)現(xiàn)電壓的平滑調(diào)整，初步確定的變壓方式有兩種，如圖2、圖3。

3 設(shè)計(jì)的基本思路

本次設(shè)計(jì)主要是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、檢測(cè)準(zhǔn)確、補(bǔ)償效果好且提高供電質(zhì)量的用于380/220V三相四線(xiàn)制系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置。擬實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）采用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償容量的無(wú)階調(diào)整。解決分組投切所帶來(lái)的問(wèn)題，達(dá)到較好的降損效果。

（2）采用定頻變寬的PWM控制策略，消除電容器的電壓突變；采用PID算法，使功率因數(shù)（cos ）的調(diào)整更加快速、精準(zhǔn)。

（3）采取分相檢測(cè)、分相調(diào)整，依據(jù)各相的負(fù)荷及功率因數(shù)確定合理的補(bǔ)償容量，保證三相調(diào)整的一致性，達(dá)到較好的無(wú)功補(bǔ)償效果。

4 無(wú)功補(bǔ)償裝置的基本組成

用于380/220V三相四線(xiàn)制系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置含有電壓及功率因數(shù)檢測(cè)模塊1，MCU模塊2和IGBT模塊3，MCU模塊的輸入端口和功率因數(shù)檢測(cè)模塊1連接，MCU模塊的輸出端口與IGBT模塊3的輸入端連接，IGBT模塊3的輸出端分別控制三相電容CU、CV、CW的交流信號(hào)的導(dǎo)通與截止，IGBT模塊3與電壓檢測(cè)模塊2通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與380/220V線(xiàn)路（三相四線(xiàn)）連接（圖4）。

無(wú)功補(bǔ)償裝置控制方案的制定及實(shí)現(xiàn)。結(jié)合電力電子器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的可關(guān)斷特性以及MCU（MicroControllerUnit）的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，利用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技 （下轉(zhuǎn)第58頁(yè)）（上接第44頁(yè)）術(shù)，采取分相檢測(cè)、分相調(diào)整，通過(guò)定頻變寬的PWM控制策略，達(dá)到實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償容量的無(wú)階調(diào)整。

首先通過(guò)對(duì)三相四線(xiàn)制系統(tǒng)各相電壓電流的檢測(cè)獲取各相功率因數(shù)，再將各相的功率因數(shù)與設(shè)定值比較并執(zhí)行PID運(yùn)算，依運(yùn)算結(jié)果調(diào)整三相控制信號(hào)（PWM波）的占空比，從而達(dá)到控制IGBT的導(dǎo)通與截止，最終實(shí)現(xiàn)各相補(bǔ)償容量的調(diào)整（圖5）。

5 結(jié)束語(yǔ)

在無(wú)負(fù)載并關(guān)閉積分控制的情況下對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6所示，圖中顯示了不同功率因數(shù)下的輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)想的效果。

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