多點檢測分相控制的無階無功補償裝置研制

韓浩 尹亞南 皮薇薇

摘 要 無功補償通過減少輸配電線路中無功功率輸送達到降低線損的目的，是電力降損節能的有效措施。結合目前無功補償裝置的不足提出了分相檢測、分相調整的無階無功補償裝置的設計方案，既達到了補償容量的連續可調，又有效延長了補償裝置的壽命。通過測試達到了預想效果。

關鍵詞 線損 無功補償裝置 檢測

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：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

電力降損節能在我國建設節約型社會的進程中占有越來越重要的地位。由于電網容量的增加，對電網的無功需求也相應地與日俱增，如果供電線路中存在大量無功功率流動，勢必造成線路損耗以及線路電壓降的增大，降低了電能質量與電網的經濟效益。在我國電網的總損耗中，220kV及以上電網的損耗所占比例約為31%，10～110kV電網約占26%，10kV及其以下配電網約占43%。采用各種降損節能措施、最大限度地利用現有電力設施非常必要，無功補償是降損措施中投資少、回報高的措施之一，對于降低輸配電線路因無功輸送造成的電能損耗，改善電網的運行條件都有著極為重要的意義。

1 目前采用的無功補償裝置分析

目前廣泛應用的無功補償裝置主要有機械式投切電容器（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對無功補償裝置的特點進行了比對分析。

表1

其缺點：（1）投切響應速度較慢，投入時電容器產生倍數較高的涌流，對電網以及電容器本身均會產生影響，造成壽命短、故障多、維修費用高。

（2）采用分組投切易使功率因數產生波動，影響補償效果，甚至會出現過補現象，產生無功倒送。

（3）采集單一信號，采用三相電容器同投同切，三相共補。以單相負荷為主的低壓配網，三相負荷不平衡在所難免，那么，各相無功電量也不同，采用上述補償方式會在不同程度上出現過補或欠補，影響了補償效果。

2 無功補償容量及控制策略

電容器的無功容量可以用下述公式表述：

= ··

由公式可見：要想改變電容器的無功容量只能夠通過改變C值的大小或者改變U來實現。

交流電壓的有效值為：

目前常采用的變壓方式主要是通過圖1所示的改變電力電子器件的導通角來實現，而此種方式應用于電容器中并不理想。

為實現電壓的平滑調整，初步確定的變壓方式有兩種，如圖2、圖3。

3 設計的基本思路

本次設計主要是克服現有技術的不足，提供一種設計合理、檢測準確、補償效果好且提高供電質量的用于380/220V三相四線制系統的功率因數調節裝置。擬實現的功能如下：

（1）采用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技術，實現補償容量的無階調整。解決分組投切所帶來的問題，達到較好的降損效果。

（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（cos ）的調整更加快速、精準。

（3）采取分相檢測、分相調整，依據各相的負荷及功率因數確定合理的補償容量，保證三相調整的一致性，達到較好的無功補償效果。

4 無功補償裝置的基本組成

用于380/220V三相四線制系統的功率因數調節裝置含有電壓及功率因數檢測模塊1，MCU模塊2和IGBT模塊3，MCU模塊的輸入端口和功率因數檢測模塊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的交流信號的導通與截止，IGBT模塊3與電壓檢測模塊2通過導線與380/220V線路（三相四線）連接（圖4）。

無功補償裝置控制方案的制定及實現。結合電力電子器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的可關斷特性以及MCU（MicroControllerUnit）的強大數據處理能力，利用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技 （下轉第58頁）（上接第44頁）術，采取分相檢測、分相調整，通過定頻變寬的PWM控制策略，達到實現補償容量的無階調整。

首先通過對三相四線制系統各相電壓電流的檢測獲取各相功率因數，再將各相的功率因數與設定值比較并執行PID運算，依運算結果調整三相控制信號（PWM波）的占空比，從而達到控制IGBT的導通與截止，最終實現各相補償容量的調整（圖5）。

5 結束語

在無負載并關閉積分控制的情況下對無功補償裝置進行了測試，測試結果如圖6所示，圖中顯示了不同功率因數下的輸出結果，達到了預想的效果。

參考文獻

[1] 國網XX縣供電公司10千伏及以下配網無功補償裝置運行情況分析[R].2013.

[2] 梁青華.配電網中基于 DSP 的動態無功補償裝置研究[J].電子技術與軟件工程，2015（5）.

[3] 白如平.分析10kV配電線路無功自動補償裝置的設計與安裝[J].電子測試，2016（4）.

[4] 苗科.新型可連續調節的無功補償裝置分析[J].電子技術與軟件工程，2016（12）.

[5] 郝棟梁，曹以龍.一種三閉環無功補償發生器的設計[J].儀表技術，2016（5）.