階梯式無功補償的技術應用

摘 要：文章通過實例介紹了在無功補償設備中采用階梯式無功補償的技術，很好的解決了用電系統負載的過補、欠補、的問題，功率因數控制在0.95以上。

關鍵詞：階梯式無功補償；補償精度；功率因數

WSBC-PT4系列[1]階梯式無功補償控制器是新型無功補償控制器。該階梯式補償控制器作為三相電容器同時投切型無功補償裝置中的控制器。

主要性能特點：

（1）使用32位ARM高性能單片機進行控制[3]，在最大限度地簡化控制器復雜程度的同時，獲得精確的參數檢測結果和精密的控制效果。（2）檢測精度高。被檢模擬量經分壓后直接輸入A/D轉換器進行采樣，避免了輸入處理電路導致的誤差。高速采樣和精心設計的控制軟件充分滿足了精密測量的要求，不但可以對諧波電壓和諧波電流進行檢測，而且可以在諧波干擾嚴重的情況下保證測量的精度。電壓檢測分辨率可達0.1V，電流檢測分辨率可達0.1A，功率因數檢測分辨率可達0.001。（3）使用2排數碼管，可同時顯示2項數據，便于查看大量的顯示數據。（4）具有適度過補償功能，可以在低壓側對變壓器自身的無功進行補償，從而最大限度地減少系統損耗。對于高壓計量變壓器可以實現無功最小化。（5）具有過電壓及欠電壓保護功能。保護電容器不會因過電壓而損壞，保護交流接觸器不會因過電壓及欠電壓而損壞。（6）具有諧波檢測和諧波過載保護功能?？梢詸z測20次以下的奇次整數諧波以及1000Hz以上的分數諧波，電壓諧波和電流諧波同時檢測并可以顯示，可以顯示各諧波的幅值與畸變率。（7）WSBC-PT4D型可以控制10臺復合開關或晶閘管模塊；WSBC-PT4J10型可以控制10臺接觸器；WSBC-PT4J12型可以控制12臺接觸器。電容器容量按階梯結構布置，在控制若干臺設定容量的情況下，另外控制一臺1/4容量的電容器和一臺1/2容量的電容器，最大步進臺階為總容量的1/43，因此可以滿足對補償裝置的補償精度要求。（8）控制器以系統的無功功率和有功功率為依據控制電容器的投切，在保證不會出現輕載震蕩現象的前提下實現補償無功電流的目標。

階梯式補償方式的技術依據：

由于電容器的容量是固定的，為了能夠控制補償裝置的補償量，需要在一套補償裝置中安裝若干臺電容器，控制電容器的投入數量，就可以控制總的補償量。

最常見的設計方案是使用若干臺相同容量的電容器，這時，步進臺階就是單臺電容器的容量。按標幺值計算，設總補償量為1，則步進臺階為電容器數量的倒數。例如：在一套補償裝置中安裝了10臺20Kvar的電容器，則總補償量為200Kvar，步進臺階為20Kvar。按標幺值計算，步進臺階為1/10。這種設計方案比較簡單，也比較容易使電容器循環投切。缺點是步進臺階過大，即使安裝了15臺電容器，步進臺階仍然為1/15，在被補償用戶負荷較輕時，仍然不能取得良好的補償效果。

還有一種設計方案是將電容器容量按2進制排列，例如最小的電容器為5Kvar，然后依次為10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar、160Kvar。這種方案使用的電容器數量最少，步進臺階也最小，總容量310Kvar的補償裝置只安裝6臺電容器，步進臺階為5Kvar，標幺值為：5/310=1/62。這種方案的致命缺點是電容器的投切過于頻繁。例如當系統需要的補償量為150Kvar時，需要投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器。當系統需要的補償量增加到160Kvar時，需要將10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器切除，然后投入160Kvar電容器。反之當系統需要的補償量為減少到150Kvar時，需要將切除160Kvar電容器，然后投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器。

更為嚴重的問題是：當其中某一臺電容器出現故障以后，會導致振蕩現象。例如當20Kvar電容器損壞而系統需要的補償量為150Kvar時，首先投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器后發現欠補償20Kvar。然后將10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器切除，投入160Kvar電容器后又發現過補償10Kvar。再切除160Kvar電容器，投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺電容器后又發現欠補償20Kvar。如此反復，即導致振蕩現象發生。

最好的設計方法是使用若干臺相同容量的電容器，再使用一臺1/2容量的電容器和一臺1/4容量的電容器。例如PT4J10型為例：使用8臺20Kvar的電容器、1臺10Kvar的電容器和1臺5Kvar的電容器。這時共使用10臺電容器，總補償容量175Kvar，步進臺階為5Kvar，標幺值為：5/175=1/35。這種設計方案的步進臺階已經足夠小，可以實現足夠的補償精度，滿足各種場合的需要。8臺相同容量的電容器可以實現循環投切，1/2容量的電容器和1/4容量的電容器的投切雖然可能頻繁一些，但是由于容量小，投切頻繁也沒有問題。

應用實例：

2012年5月采用 WSBC-PT4系列階梯式無功補償控制器，為遼寧向導科技有限公司安裝一臺105KWA無功補償控制柜。

從電費收費單可以看出安裝無功補償設備后的6月份和7月份有明顯經濟效益。6月份和4月份比較有效果，7月份和3月份比較有顯著效果。

電費單據記錄：

設備總功率185KW。（動態負載）無功補償設備

功率：105KWA，時間：2012年5月29日 安裝

設備運行兩年來， WSBC-PT4系列階梯式無功補償控制器無一次故障，現還在正常運行中，功率因數控制在0.95以上，每月節約力率電費3000元以上，給國家節約了能源給單位節約了電費，創造了經濟效益。

參考文獻

[1]WSBC-PT4系列階梯式無功補償控制器.萬思電力研究所.

[2]國家標準：GB/T 25839-2010.

[3]蔡振江.單片機原理及應用[M].電子工業出版社.

作者簡介：尹敬德，身份證：210105195507043771。