农村低压电网分相自动无功补偿装置的研究

电力18讯：    作者：张建民 徐英源

1　概论
　　要很好地实现恰当的无功补偿，只能采用自动控制的方式，通过自动补偿控制器，采集电网的电压、电流、功率及功率因数等参数，随时跟踪电网的运行状态，综合各种运行参数，发出适当的操作指令，使配电网运行在一个最佳的工作状态。

2　无功补偿自动控制器的信号接入

　　低压电网一般采用三相四线制，可以按图1接线。


图1　无功补偿自动控制器的信号接入

　　如果电流互感器的输出端按星形连接，则可以把控制器输入端IA2、IB2、IC2短接后连到互感器中性端，其他信号线依图接入。

　　负载电流一般都要通过电流互感器输入到控制器作为采样信号，所以在接线中要注意极性和同名端，不要搞错(目前的控制器都是智能型的，一旦电流接线反了，也能判断并加处理，但精度要略差一些)。

　　值得注意的是电压采样(即电容器并入点)和电流采样的位置关系。由于在一般情况下，UA、UB、UC、UN接入补偿装置后，并联一路作为电压采样，所以电流互感器一定要安装在电压采样点靠电网线路这一侧，而不能装在靠负载这一侧。从原理上说，就是一定要把补偿电容产生的电流一起采样。否则，即使电容全部投入，控制器所采样的功率因数仍旧不变。

3　信号处理

　　电压、电流、信号输入控制器后，经过简单调理后，即进行A/D转换和软件校准。可以得到三相电压、电流、有功功率。在这些基本数据得到后，通过数字及逻辑运算可以得到三相无功功率及功率因数。在得到这些参数后，首先可以作一些判断。电压、电流是否在正常范围内，有功功率的方向等。因为在低压电网中，有功电流的方向应该是恒定的，方向从电网流向负载，所以如果测定到有功功率为负值，则可判断为电流互感器方向接反了，无功功率的计算就按反向来考虑。但是在控制器硬件上来说，所有的数值参数零点，并不是实际的零点，有些微小差异，所以反向之后，精度略有影响。

4　判断方式

　　控制器判断方式有以下几种：

　　(1)　按照功率因数投切电容：当功率因数低于设定值时，经过软件设定的延时后，投入一组电容器，如不够，延时后再投，反之，当检测到功率因数高于设定值或电流超前时，则切除补偿电容，这种方式应设定一个电流下限，当小电流(负载很轻)时，应该闭锁电容器投入，以免产生反复投切震荡。

　　(2)　按照无功功率投切电容：因为电容器组是作为无功功率补偿接入电网的，一般按无功容量来设计计算，所以这种补偿方法是比较适当的，可以做到缺多少补多少。只是可能在轻负载时，功率因数不一定补偿到位，但肯定可以避免电容器的反复投切震荡。

　　(3)　按电压值投切：当供电电压低于设定值下限时就投入电容，当电压低于设定值上限时，把电容器切除。按照无功和电压的关系，补偿装置能够使电压稳定在一个范围内。但是，这种补偿方式，可能造成无功倒送，功率因数超前，而且在小电流时也应该闭锁投入。

　　在以上各种方式中，都应该考虑电压偏高的因素。当电压高于设定的第一限值时，应闭锁投入或再逐级切除；当电压高于设定的第二限值或出现缺相情况时，则应迅速切除所有的电容器。

5　投切电容器组方式

　　(1)　循环投切：当补偿电容器组容量相同时，为延长电容器的寿命，一般按循环投切方式，使每组电容器投入补偿运行的时间大致相同。

　　(2)　顺序投切：补偿电容器每组容量不一样时，例如有四组电容，电容量分别为1，2，4，8kvar，则每次投切操作时，按容量从小到大的顺序操作。只要最小一组容量的电容能够投切，则总是对该组进行操作。以此类推，顺序操作，这样的结果是最小一组电容器投切最频繁，但是补偿精度可以得到提高，如以上例子，则可补偿到无功功率在1kvar左右。

　　依据国家有关标准，电容器从电网中退出运行后，必须有大于5min的放电时间，才能再次投入运行。所以，控制器再发出投入指令时还必须保证该电容器的放电时间。又由于电网中无功功率的波动也挺大，因此，在检测到需要动作的信号后，最好再延迟一段时间(20～60s)后再发执行指令。

6　投切电容器的执行机构

　　一般电容器的投切执行机构为单相或三相接触器，考虑到电网的无功功率不平衡，我们采用的是分相补偿。利用不对称的电容器投切，使得电网的无功功率得到大致的平衡。所以在这里讨论的只是单相投切。

　　我们采用无触点的固态继电器，因为它可以做到在电压过零时投入，在电流过零时切出，从而使电容器投切的过渡震荡过程几乎没有。但是由于固态继电器的容量裕度不大以及固态继电器两端的压降较大，会产生较大的热量，增加本身的功耗。

　　最后我们采用了固