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低壓電網無功補償自動化裝置的研究

1 電網中的無功補償 ，隻能采用自動控製的方式

    通過自動補償控製器 ，采集電網的電壓、電流 、功率及功率因數等參數 ，隨時跟蹤電網的運行狀態 ，綜合各種運行參數 ，發出適當的操作指令 ，使配電網運行在一個最佳的工作狀態 。
2　無功補償自動控製器的信號接入
　  低壓電網一般采用三相四線製接線 ，如果電流互感器的輸出端按星形連接 ，則可以把控製器輸入端IA2 、IB2 、IC2短接後連到互感器中性端 ，其他信號線依圖接入 。
　　負載電流一般都要通過電流互感器輸入到控製器作為采樣信號 ，所以在接線中要注意極性和同名端 ，不要搞錯(目前的控製器都是智能型的 ，一旦電流接線反了 ，也能判斷並加處理 ，但精度要略差一些) 。
　　值得注意的是電壓采樣(即電容器並入點)和電流采樣的位置關係 。由於在一般情況下 ，UA 、UB 、UC 、UN接入補償裝置後 ，並聯一路作為電壓采樣 ，所以電流互感器一定要安裝在電壓采樣點靠電網線路這一側 ，而不能裝在靠負載這一側 。從原理上說 ，就是一定要把補償電容產生的電流一起采樣 。否則 ，即使電容全部投入 ，控製器所采樣的功率因數仍舊不變 。
3　信號處理
　　電壓 、電流 、信號輸入控製器後 ，經過簡單調理後 ，即進行A/D轉換和軟件校準 。可以得到三相電壓 、電流 、有功功率 。在這些基本數據得到後 ，通過數字及邏輯運算可以得到三相無功功率及功率因數 。在得到這些參數後 ，首先可以作一些判斷。電壓 、電流是否在正常範圍內 ，有功功率的方向等 。因為在低壓電網中 ，有功電流的方向應該是恒定的 ，方向從電網流向負載 ，所以如果測定到有功功率為負值 ，則可判斷為電流互感器方向接反了 ，無功功率的計算就按反向來考慮 。但是在控製器硬件上來說 ，所有的數值參數零點，並不是實際的零點 ，有些微小差異 ，所以反向之後 ，精度略有影響 。
4　判斷方式
　控製器判斷方式有以下幾種 ：
　　(1)　按照功率因數投切電容 ：當功率因數低於設定值時 ，經過軟件設定的延時後 ，投入一組電容器 ，如不夠 ，延時後再投 ，反之 ，當檢測到功率因數高於設定值或電流超前時 ，則切除補償電容 ，這種方式應設定一個電流下限 ，當小電流(負載很輕)時 ，應該閉鎖電容器投入，以免產生反複投切震蕩。
　　(2)　按照無功功率投切電容 ：因為電容器組是作為無功功率補償接入電網的 ，一般按無功容量來設計計算 ，所以這種補償方法是比較適當的 ，可以做到缺多少補多少 。隻是可能在輕負載時 ，功率因數不一定補償到位，但肯定可以避免電容器的反複投切震蕩 。
　　(3)　按電壓值投切 ：當供電電壓低於設定值下限時就投入電容 ，當電壓低於設定值上限時 ，把電容器切除 。按照無功和電壓的關係 ，補償裝置能夠使電壓穩定在一個範圍內 。但是 ，這種補償方式 ，可能造成無功倒送 ，功率因數超前 ，而且在小電流時也應該閉鎖投入 。
　　在以上各種方式中 ，都應該考慮電壓偏高的因素 。當電壓高於設定的第一限值時 ，應閉鎖投入或再逐級切除;當電壓高於設定的第二限值或出現缺相情況時 ，則應迅速切除所有的電容器 。
5　投切電容器組方式
　　(1)　循環投切 ：當補償電容器組容量相同時 ，為延長電容器的壽命 ，一般按循環投切方式 ，使每組電容器投入補償運行的時間大致相同 。
　　(2)　順序投切 ：補償電容器每組容量不一樣時 ，例如有四組電容 ，電容量分別為1 ，2 ，4 ，8kvar ，則每次投切操作時 ，按容量從小到大的順序操作 。隻要最小一組容量的電容能夠投切 ，則總是對該組進行操作 。以此類推 ，順序操作 ，這樣的結果是最小一組電容器投切最頻繁 ，但是補償精度可以得到提高，如以上例子 ，則可補償到無功功率在1kvar左右 。
　　依據國家有關標準 ，電容器從電網中退出運行後 ，必須有大於5min的放電時間 ，才能再次投入運行 。所以 ，控製器再發出投入指令時還必須保證該電容器的放電時間 。又由於電網中無功功率的波動也挺大 ，因此 ，在檢測到需要動作的信號後 ，最好再延遲一段時間(20～60s)後再發執行指令 。
6　投切電容器的執行機構
　　一般電容器的投切執行機構為單相或三相接觸器 ，考慮到電網的無功功率不平衡 ，彩神采用的是分相補償 。利用不對稱的電容器投切 ，使得電網的無功功率得到大致的平衡 。所以在這裏討論的隻是單相投切 。
　　彩神采用無觸點的固態繼電器 ，因為它可以做到在電壓過零時投入 ，在電流過零時切出 ，從而使電容器投切的過渡震蕩過程幾乎沒有 。但是由於固態繼電器的容量裕度不大以及固態繼電器兩端的壓降較大 ，會產生較大的熱量 ，增加本身的功耗 。
　　最後彩神采用了固態繼電器和交流接觸器複用 ，固態繼電器執行電容器的投切過程 ，而常規的負載電流則隻通過接觸器的機械觸點 ，增加了運行的可靠性 ，同時也增加了些成本 。
7　運行狀態及各種參數的記錄
　　記錄的數據有每天整點時的三相電壓值 、電流值及有功 、無功功率及功率因數 、各組電容器的投切狀態 。另外 ，還記錄了一部分的統計數據 ，包括電壓的合格率統計 ，電壓 、電流 、功率的最大值和最小值及發生時間 ，以及每天的有功電量和無功電量及各組電容器的投切時間
　　記錄統計數據可以通過232通訊口和計算機或掌上電腦直接連接下載 。也可通過無線收發機進行無線下載 ，提供了較遠距離的操作便利