農網平滑投切無功功率補償的研究

牛軼霞

摘 要：我國農村電網設備大都比較陳舊、落后，隨著設備使用時間的增長，各種損耗就越來越大，因此并接電力電容器對感性負載的無功功率進行補償就顯得非常重要。本論文改變了以往常用的一次性并接電力電容器對感性負載的補償方法，而是采用多次無極差的投切方法對無功功率進行補償，提高了農村電網的供電質量。

關鍵詞：無功功率補償；SVC；無極差

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.127

0 引言

隨著社會的不斷進步，電網技術也與時俱進，農網中的無功負載的容量也有所增加，大量的無功功率在電網的傳輸中造成電能損耗降低了電能的利用率影響了電能質量，同時也造成了大量的經濟損失。10KV農網是電力系統的重要組成部分之一，它關系到農村的生活、農業的生產、農村的經濟發展等方方面面。農網的建設及穩定是我國發展的基礎是不可或缺的環節。

傳統的無功功率補償器多采用機械開關投切電容器將電容并聯到電網中，用此方法實現無功功率的補償。然而，這種機械投切方式有很明顯的劣勢，經過研究人們用晶閘管投切電容器代替機械投切開關。

本文將采用晶閘管投切電容器（TSC）構成的靜止無功補償器（SVC）作為農網的無功功率補償方式，硬件方面采用ARM芯片來控制，改芯片具有運算速度快、實時性好的優點。提高了無功功率補償系統的智能化和實時性，提高了處理效率。最后，通過MATLAB軟件，搭建仿真系統，對其進行仿真。通過電壓的波形圖直觀的得出對比結果，驗證了多次投切具有較好的穩定性。

1 SVC裝置研究

1.1 SVC的基本原理

目前，SVC的類型有多種，有晶閘管投切電容器（TSC）、晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管控制高祖抗變壓器型（TCT）、晶閘管投切電抗器（TSR）和飽和電抗器（SR）等，基本類型是TCR和TSC。SVC的優越性是它能連續快速調節補償裝置的無功功率輸出。根據農網的設備特點，本文選用了TSC型的補償器。

1.2 晶閘管投切時刻的選取

晶閘管投切電容器投切時間選取得條件。對于感性負載來說，并接電力電容器使得電路中的總電壓和總電流的夾角減小，就能提供電路的功率因數。由于純電容性負載的電壓滯后電流900，且實際并接的電容器均與電抗器串聯構成無源濾波器，其無源濾波器的諧振頻率，，為諧波次數。要想使TSC投切時做到沒有沖擊電流存在的話，就必須滿足晶閘管在正弦交流電源電壓的最大值的時刻進行可靠的觸發導通。要想實現晶閘管可靠導通，電容器就需要進行提前充電，使其兩端電壓滿足要求，一般情況下，應為電網電壓峰值的 倍。

2 補償裝置的控制系統

補償裝置的控制系統采用ARM公司生產的型號為STM32F107VCT6為控制芯片，并根據ARM運行原理和結構特點設計的控制器系統，其應能檢測系統的相關變量，計算出功率因數、無功功率以及所要投切的電容量，從而控制電容的分組投切實現它的無級差的無功功率補償。根據檢測電路的反饋量和給定量的偏差的大小，產生與之相對應的觸發角，觸發晶閘管工作，調節補償器起到無功功率的補償作用。系統框圖如圖1所示：

2.1 硬件電路設計

整個無功補償裝置包括AD采樣模塊、無功功率計算、計算投切電容量、輸出使能信號、晶閘管投切電容器組。無功補償裝置主要是采用ARM公司生產的型號為STM32F107VCT6為主要控制芯片，并根據ARM運行原理和結構特點設計控制系統。ARM的控制系統通過檢測、比較、運算、數模、模數轉換等環節實現自動投切。

2.2 軟件設計

系統軟件由以下幾部分組成：初始化程序：ARM系統正常工作所需的一些程序。1）數據處理程序：根據檢測電路得到的監測數據，進行模數轉換，通過和給定進行比較，應用一些算法，對其進行計算，得到所需的各種參數。2）控制程序：根據計算數據，進行數模轉換，通過控制電路控制電容的投切，達到補償無功功率的目的。為了很好地實現實時控制，所有的軟件均采用匯編語言進行編寫。

3 MATLAB仿真結果分析

根據控制系統的工作原理，搭建系統仿真模型，利用MATLAB仿真軟件中Simulink 來對論文所涉及的靜止無功補償器（SVC）進行了仿真。本文采用三相電壓源產生的10KV電壓作為供電電源，無功功率的補償容量分別是8kvar、4 kvar、2 kvar、1 kvar，電容器容量分別是407.6μF、203.8μF、101.9μF、51μF。通過對構建的仿真模型進行了仿真，仿真結果如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3可以直觀的看出來補償前后的功率因數變化，這種方法將功率因數由之前的0.87-0.88之間提高到了0.96-0.98之間，滿足了預期效果。

4 結論

本文對10KV農網存在的問題現狀做了總結與研究，提出了一種無極差的補償方式，利用由TSC構成的SVC系統來對農網配電系統進行無功功率補償，并通過MATLAB的Simulink來對其補償系統進行仿真，由實驗結果可知該系統有穩定性良好同時有效提高功率因數，從而提高了電網利用率。

參考文獻：

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