低壓配電網功率因數補償器研究

王艷秋

沈陽工學院信息與控制學院

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低壓配電網功率因數補償器研究

王艷秋

沈陽工學院信息與控制學院

低壓配電網功率因數補償系統由控制核心電路和補償執行機構組成。主控電路主要完成采樣和數據處理并輸出控制信號，執行機構采用繼電器控制電容組的投切。本裝置具有響應快，性能穩定，操作方便等特點，具有廣闊的應用前景。

無功補償 功率因數 晶閘管投切電容器 觸發脈沖

1　引言

由于我國一次能源地理分布不均，煤和水力資源主要在西部，為滿足東部發達地區的電力需求，大量的電能將通過長距離輸電線送到東部（如北京、上海和廣東地區）。據預計，2020年我國西電東送電力將達到1.2～1.5億kW，要輸送如此大的功率，需要建設多條遠距離電力輸電網，但我國西部地形復雜，到處是崇山峻嶺，建設輸電線造價高昂。另外申請輸電走廊受到環境保護的限制，建設過多的遠距離輸電線是不可行也是不現實的。有效的解決辦法是利用各種技術盡可能提高輸電線的輸送容量，改善電能質量。研究低壓配電網智能功率因數補償器的意義在于通過對無功功率的補償，來改善和提高電力系統電壓質量，充分發揮輸變電設備的效能，減少電力損失，保證電網安全經濟的運行。

2　無功補償裝置的硬件電路設計

由于電力網中接入了大量的感性負載，因此，為提高功率因數普遍采用并聯電容器方式進行無功補償。通過對并聯電容器的投切控制就能實現對受電測量無功功率的局部補償，減少電網輸送無功功率的負擔，降低電力損失，改善電網供電質量。功率補償器的硬件電路圖主要包括主電路、數據采集部分和控制部分。主電路接入電網中后，數據采集部分對電網中的電壓和電流進行采集，然后通過A/D轉換將數據送給單片機，再計算電網中的無功功率、有功功率和功率因數并判斷是否需要投切電容?？刂撇糠种饕▽﹄娙萜骷捌鋽盗康耐肚锌刂啤ＮC控制信號觸發電路輸出或切斷觸發脈沖，當滿足零觸發條件時輸出或切斷觸發脈沖，從而控制晶閘管開關通斷，投切電容器。

圖2.1為該裝置的硬件原理圖：

圖2.1　硬件原理圖

3　參數的計算

利用輸入信號基波電壓、電流復數振幅的實部和虛部可以求得交流電壓、交流電流、有功功率和無功功率的有效值，為此先將復數振幅的實部和虛部變成有效值，假定輸入電壓數振幅的實部和虛部有效值用UR和UI表示，則輸入電壓的有效值為：

同理可以求出輸入電流的有效值為：

其中輸入電流復數振幅的實部和虛部有效值用IR和II表示。

對于三相三線系統，如測量信號為兩相電壓和兩相電流，選用的輸入信號為UAB、 UCB、IA和IC，則視在功率S 可表示為：

展開上式可得到有功功率和無功功率為：

整個回路的功率因數可以通過以下方法求出：

4　結論

低壓配電網線損大約占電網線損的一半，在低壓配電網中推廣應用的動態無功補償裝置不僅具有顯著的經濟效益，還具有限制電壓劇烈變化的作用，對提高配電網供電質量和安全運行及經濟運行水平有重要意義。

該裝置具有電容器快速投切、快速無功補償、無噪音、無電弧、對電網無沖擊等多項優點。與目前廣泛使用的機械方式投切電容器組相比，有不可比擬的優勢。采用智能型無功補償裝置有較高的推廣和應用價值。

［1］李曉明，劉會金.低壓配電網動態無功補償裝置的研制.武漢：武漢水利電力大學學報，1998

［2］牛迎水，李國立.城市配電網中低壓無功補償的實施.北京：電測與儀表，2000

［3］王洪斌.一種智能型無功動態補償裝置.河北：能源工程，2005

［4］何迎贊，溫增銀.電力系統分析.四川：華中理工出版社，2008

王艷秋，1955年10月出生，女，漢族，遼寧人，沈陽工學院教授，博士，研究方向：電力電子與電力傳動；智能控制理論及應用。