低压动态无功补偿装置

《低压动态无功补偿装置》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低压动态无功补偿装置（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、低压动态无功补偿装置低压动态无功补偿装置张大帅，金黎张大帅，金黎 森宝电气工程有限公司森宝电气工程有限公司 摘要：本文论述了无功补偿的基本原理和意义，以及基于 DSP(数字信号处理 器 TMS320LF2407A)的配电综合控制器的研制，并对复合开关的应用 进行了介绍。此外，还给出了低压动态无功补偿装置在西安电力网中 的运行效果。关键词：无功补偿 控制器 复合开关Abstract: The paper reveals the principle and meaning of reactive-power compensation, and the design of the integrate

2、d controller for distribution of power which is based upon the DSP(Digital Signal Processor TMS320LF2407A) and introduces the using of the complex switch. In addition the actual application results of the low- voltage intelligent reactive-power compensation device in Xian City Power Net is given.Key

3、 Words：reactive power compensation ; controller ; complex switch 1、概述：近年来，随着城乡电网改造的实施和深入，在 0.4kV 级电网上安装 低压动态无功补偿装置，可以提高供电质量、挖掘供电设备的潜力、降低线损 等越来越被大家所共识。低压动态无功补偿装置一般由微控制器、投切电容器 用开关、电容器组、空气开关、熔断器、不锈钢壳体等组成。其结构简单、投 切方便灵活、节能效果显著，因而全国大约 300 多家企业生产无功补偿装置。 但其中多数是技术水平低，缺乏较齐全的检测设备，生产量小，质量难以保证。 尤其作为无功补偿装置关键单元的控制

4、器和投切电容器的开关更是差异悬殊。 本文就无功补偿装置的一些核心单元进行了重点剖析，并记录了一台森宝电气 公司生产的无功补偿装置在西安供电局挂网运行情况数据。 2、无功补偿的意义和原理 配电网中负荷无论是工业负荷还是民用负荷，大部分是感性负荷。它们运 行时需从电网吸收大量无功功率，致使电网功率因数、电能质量降低，电网“ 技术损耗电能“增加。电网中安装并联电容器补偿装置后，它可以减少电源向 感性负荷经由输电线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动， 故可以降低输电线路和变压器因输送无功功率而造成的电能损耗，从而提高电 网功率因数、减少线损、电能质量得到明显改善。电网中感性负荷等效电路

5、可看作电阻 R 和电感 L 串联的电路，功率因数 式中。 22cosLXRRwLXL将 R、L 串联电路与电容 C 并联之后，电路如图 1-a 所示，该电路电流方程为： RLCIII RLCI.IRL. U.I.U.IRL.IC.IC.IRL.I. U.IC.a)c)b)图 1 并联电容补偿无功功率的电路和向量图a）补偿电路 b）相量图（欠补偿） c）相量图（过补偿）由图 1-b 的相量图可知，并联电容后，电压与的相位差变小，即供电 U I回路的功率因数提高了。此时供电电流的相位滞后电压，这种情况称欠补偿； 若电容 C 的容量过大，使供电电流的相位超前于电压，这种情况称为过补偿， 其向量图如

6、1-c 所示。这会引起变压器二次侧电压抬升；电容器温升升高，电 容器本身的功率损耗增大，电容器使用寿命缩短；容性无功在线路上传输也会 增加电能损耗。故此种情况应避免。 3、无功补偿装置结构和主电路补偿装置主要由柜体、控制器、空气开关、避雷器、电容器、熔断器和复 合开关等组成。其主电路图如下（方框内部是补偿装置主电路；方框外部是低 压配电网）：A B C空空气气 开开关关控控制制器器负负 载载CT1CT3CT2触触发发信信号号复复合合开开关关 ( (图图中中A AB BC CD DE EF F) )避避雷雷器器电电容容器器熔熔断断器器FABCDENccccccY形形接接法法形形接接法法IaIbI

7、cUaUbUc图 2 无功补偿装置主电路4、智能控制器 现在多数厂家的控制器，运算单元多以 51 系列单片机为主，其缺点是： 硬件资源有限，指令功能、运算能力弱。要将信号采样，电量计算，电网谐 波分析，电容器投切，RS-485 远程通讯和近距离 RS-232 无线通讯功能都由 51 单片机来完成，存在很多困难；其外扩芯片多，控制器整体结构复杂，可靠 性降低；控制策略单一，遥信能力弱：控制器控制策略是以功率因数为依据， 或以无功控制为依据，这种简单控制策略容易导致电网轻载时控制器误动作， 使线路过补；控制器保护功能不完善，达不到电力行业标准 DL/T597-1996中所规定的功能。 （即控制器应

8、具有过压、 欠压、投切延时保护功能，电容器投入、切除门限功能，循环投切功能，面板 应具有硬件或软件闭锁功能，防止小负载时电容器投切振荡功能，抗干扰功能。 ）1等鉴于目前无功补偿装置的现状，本文在比较了多种无功补偿装置的优缺点 后，研制了一种基于数字信号处理器为核心的智能低压无功补偿装置控制器。 控制器采用 TMS320LF2407A 芯，该芯片是定点 16 位控制器中功能最 2片全而又性能最好的。其内部包含硬件乘法器、累加器、算术逻辑单元、辅助 算术单元等多个处理单元，这些单元可以并列同时在一个指令周期内完成计划 任务；可独立访问 64K 字节的程序存储器与数据存储器空间；内部总线采 用并行体

9、系结构，系统中设置了程序读总线、程序地址总线、数据读总线、数 据写总线，由于总线是独立的，故可以同时访问程序和数据存储器，同时为处 理器提供数据和指令，从而提高了数据吞吐量；特殊的 DSP 指令具有单周期 乘、加运算；FFT 倒位序变址寻址能力以及单周期指令执行时间为 25nS 和丰 富的集成外设接口，这些丰富的资源可以很好地解决 51 系列单片机难以解决的 问题。控制器通过采集三相电压、电流，利用 FFT 变换算法，得到电网三相功 率因数、电压、电流、有功功率、无功功率、2 到 13 次谐波含量、有功电度、 无功电度、电压，电流畸变率；具有存储每日整点功率因数、电压，电流最大 值、停电，来电

10、时刻及累计停电时间功能；整点指定日谐波数据；数据存储期 为 2 个月；128X64 大屏幕液晶显示全中文操作界面、数据，便于用户操作；具 有 RS-232、RS-485 通讯物理接口，可实现遥信或近距离无线通讯，真正做到 了无功补偿自动控制与配电参数综合测控一体化，为城网改造提出的配网自动 化、远程通讯、无人值守等奠定了软、硬件基础。 控制器硬件结构框图如图：中央控制模块输入模块输出模块人机交互模块通信模块图 3 控制器硬件结构原理图软件编制总体结构框图和部分模块流程图如下：人人机机交交 互互模模块块电电容容器器 投投切切模模 块块通通讯讯模模 块块底底 层层 驱驱 动动 模模 块块保保护护模

11、模 块块计计算算模模 块块A A/ /D D转转 换换模模块块用户应用层接口层硬件驱动层图 4 软件总体结构框图开开始始串串口口初初始始化化A A/ /D D初初始始化化定定时时器器初初始始化化调调用用各各子子程程序序图 5 底层驱动模块流程图5、并联电容器用的投切开关 在 0.4kV 级的配电网中，目前无功补偿装置投切电容器开关是用接触器或 晶闸管实现的。若用接触器投切电容器，缺点是：投入电容时，由于很难控 制在电压过零时投入，因此易产生涌流、触点间打火、烧损触头；切除电容 器时又不易控制在电流过零切除，使触头粘联、拉弧；过大的涌流还会对电 容器造成损害，缩短电容器使用寿命。若采用晶闸管(又

12、称固态继电器)来投切 电容器，其优点是电压过零触发导通主回路、无拉弧、动作响应快、可大幅度 限制投切涌流，特别适合频繁投切。其缺点是：功耗大，且随电容电流的增 大而增大；晶闸管电路本身是谐波源，大量使用对低压电网易造成谐波污染。基于以上情况，西安森宝公司研制出了一种新型开关复合开。复合 3关开关主要有控制板，晶闸管与磁保持继电器组成，原理框图如图 3-1 所示：图 6 复合开关模块原理框图复合开关投入电容器过程：配电综合控制器发出触发信号给复合开关，复 合开关控制板接到信号后，开始检测电压过零点，并在电压过零时使晶闸管接 通主回路，磁保持继电器经一定延时后，在等电势情况下吸合。由于晶闸管是 无

13、触点开关，且零电位投入，正常工作后，由于继电器触点电阻远小于晶闸管 电阻，电容电流经过磁保持继电器触头进入电网。因而，避免了投电容器时的 涌流、拉弧、打火，减小了晶闸管工作损耗。复合开关切除电容器过程：控制器输出的触发信号消失后，磁保持继电器 在等电位情况下先断开，晶闸管经延时后，在电流过零时断开。这种投切开关是充分吸收了无触点开关晶闸管和继电器各自的优点，因而 开关使用寿命长，功耗低。是投切电容器的理想开关。 6、运行情况 利用以上相关技术，西安森宝公司先后设计并生产了四百多台低压动态无 功补偿装置，产品分别在西安、新疆、青海、河南、东北等地挂网运行。产品 投入市场 2 年来，现场运行情况一

14、切正常，受到了用户一至好评。下面是西安 市供电局在幸福路 10杆挂网的一台无功补偿装置运行情况记录 表 1：幸福路 10#杆无功补偿装置运行情况 时间 补偿装置 投运状态A 相电压 （V）A 相电流 （A）补偿电流 （A）功率因数COS线损降低 （%）08：30未投 投运225 230195 1500 450.90 0.980.408 11：00未投 投运218 230240 1900 500.88 0.990.373 13：00未投 投运228 236176 1400 360.93 0.970.367 16：30未投 投运221 232240 2000 400.91 0.990.305 18

15、：30未投21929000.88投运228225650.960.398 20：30未投 投运214 229300 2100 900.84 0.950.517、结论从低压动态无功补偿装置的研制和挂网运行情况来看，产品很好地满足了 当前农网、城网电网自动化改造的需要；较好地解决了 0.4kV 低压配电网的无 功功率补偿问题，提高了电网的功率因数、降低了线损、改善了供电质量。参 考 文 献【1】 李钢,等. 低压无功补偿控制器订货条件. 中国电力出版社. 1996.8 【2】 刘和平,等. TMS320LF240x DSP C 语言开发应用. 北京航空航天大学出版 社. 2003.1 【3】 石新春,等. 一种采用零压型开关的 TSC 低压无功补偿装置. 电网技术. 2000,24(12):4144