浅谈智能电力电容器在无功补偿中的应用

时间：2020-11-17

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801

摘要：目前农村配电网无功补偿一般使用传统无功补偿装置，存在运行可靠性低、容量配置调整困难、安装接线复杂、维护困难、控制技术落后等问题，无法满足现代农村用电负荷*剧增的需求。针对农村家用电器为单相设备，负荷变动大，三相负荷不平衡，终端电压低的供电现状，提出采用智能集成电容器混合补亿方式，解决了农村低压配电网因无功功率缺乏导致低电压的问题，了村民居住区的电压质量。
关键词：电容器；无功补偿；农村配电网；控制；智能
随着对农村建设的大力支持,农村生活条件不断改善,用电量也不断加大,逐渐暴露出农村低电压的现象；以及大量单相家用电器设备使用,将导致三相负荷不平衡，配电网电压波动大，严重时则会损坏用电设备，因此，农村对电压质量的要求也越来越高。现农村配电网大部分仍使用传统无功补偿装置，在 380 V低压母线上采用集中补偿方式。传统补偿装置由控制器、交流接触器或复合开关、△形联接的电容器、保护器件等组成馆。补偿柜体积大,安装接线繁杂,维护困难,整机可靠性低，同时由一台控制器控制全部补偿电容器的投切，当控制器发生故障时,整个补偿设备停运。这种补偿模式存在控制器的瓶颈效应隐患问题，不能实现无功平衡和电压稳定。因此,传统无功补偿装置已无法满足现代农村用电负荷的* 增长的需求，本文提出采用智能集成电容器无功补偿模式,能实现智能控制,解决农村配电网因无功功率不足导致低电压的问题。

1智能集成电容器的原理
智能集成电容器主要由电网参数采样、智能网络、智能控制器、过零投切、电力电容器、线路保护等单元组成。智能集成电容器一般分为上、下分体式模块结构，模块组装、拆卸很方便。上方模块由投切开关、智能控制器、线路保护等单元构成⑵；下方模块由一台或两台△形联接或一台Y形联接电力电容器构成。智能集成电容器采用了现代检测、电力电子、过零投切、自动控制、计算机和网络通讯等技术，其组成框图如图1所示。
1.1智能控制器
智能控制器为智能集成电容器的控制核心，采用、高精度TMS320C28x系列处理器DSP和低功耗、STC89C53微控制器。STC89C53微控制器通过电压电流互感器、滤波电路、采样电路获取低压配电网的三相电压和电流参数，経DSP实时计算出无功功率Q、功率因数X、有功功率P、频率f、电容值C等电力运行参数，根据用户的需求设定的各电力运行参数控制门阀通过单片机判断是否需要进行电容器组无功补偿。微控制器STC89C53通过 RS-485通信可实现与处理器DSP之间的高速数据交换，以满足系统的实时性要求。

图1智能集成电容器的组成框图

1.2过零投切
智能集成电容器过零投切开关由大功率磁保持继电器、双向晶闸管、阻容吸收电路和线路保护器件等组成。电路采用电力电子技术和过零投切技术，利用双向晶闸管的导通和大功率磁保持继电器接点的零压降实现互补。由单片机控制过零点投切开关实现电力电容器的投切，在双向晶闸管两端电压为零或电流过零时，单片机发出触发脉冲导通或断开双向晶闸管的指令，电力电容器投入或切除⑷。双向晶闸管只在开关投切瞬间导通工作，大功率磁保持继电器则在正常运行时保持通断状态，这样确保电力电容器在投切过程中无冲击电流、电弧、过电压产生，低能耗运行。过零投切系统图如图2所示。

图2过零投切系统图

1.3智能网络
智能集成电容器采用智能网络通讯技术，构建RS-485通讯网络，以光电耦合器和立电源组成 RS485通信电路。每台智能集成电容器均有各自立的控制器，在多台控制器联机工作时，通过通信方式 **结合成一个整体,能自动分配ID地址，自动组网，其中地址码小的一台为主机，其余为从机。主机将接收所有从机的信息,依据无功功率Q、功率因数入等电力参数，综合分析判断后发出命令，指挥各电力电容器的投切。当主机故障时会自动退出，系统重新自动组网，在其余从机中产生一台新的主机;若从机故障时自动退出不会影响其余从机的正常工作,避免了常规补偿模式因控制器损坏而致使整个补偿系统停止工作的状况，从而了补偿装置可靠运行。同时可根据实际无功补偿容量的需要灵活调整电容量，模块投入与撤出不需设置，能自动新配置。智能网络示意图如图3所示。

图3 智能网络示意图

2智能集成电容器的优势分析
        智能集成电容器改进了传统补偿装置的不足,具有过零投切、智能网络、分相补偿、温度保护、人机接口、接线*、增容方便、可靠性高、低功耗等**优点。
        (1)补偿方式灵活，补偿精度高。智能集成电容器组的补偿方式可灵活采用共补、分补、混合补偿优化组合，解决了低压电网负荷的变化，三相负荷不平衡的无功功率补偿的问题。三相严重不平衡的场合，可选用共补、分补的混合补偿方式，同时还可以搭配多种不同规格的电容量进行混合补偿，做到粗补、细补兼顾，补偿效果好。根据需要补偿的电容量大小选用单机或多机补偿,容量小时用单机立补偿，容量大时用多机并联补偿。
        (2)积木结构，接线简单，扩容方便。常规补偿装置每路差不多要用30根连接线，智能集成电容器模块化结构，只要用3根连接线,比常规补偿装置减少的连接线，现场安装、接线简单,维护方便,接点能耗小，柜内温升小。增加电容器的数量和容量配置调整方便,适应用户的实时扩容需要。
        (3)智能组网功能。智能集成电容器补偿系统为主从结构，当多台智能电力电容器联机工作时，将各台智能电力电容器的RS485通信接口连接起来，系统开始工作后就会自动组网。这种智能补偿模式消除了传统补偿装置控制器的瓶颈现象，提高了补偿装置的可靠性。
        (4)温度保护。智能集成电容器内置有温度传感器，当电力电容器体内温度大于温度保护设定值时会自动切除电力电容器⑶，达到保护电容器的目的，解决了电容器因温度过高而出现涨肚的问题。
        (5)电能损耗小。智能集成电容器补偿1 kvar要比传统补偿装置减小能耗1W多；积木式结构，体积比常规补偿装置减少约50百分之,连接线也减少了约80百分之,因此触点、连接导线、元器件等减少了损耗50百分之以上。

3智能集成电容器的应用
某农村居住区1000多户，低压主干线损压降较大,在家庭用电高峰时段电压严重-10百分之 ,原来通过采用调整变压器的有载调压档位的措施来提高电压，但是在非用电高峰时段电压又严重**+10百分之 ,造成一些家用电器因电压偏高而损坏。查明其原因是家庭用电器如空调、冰箱、风扇、洗衣机等感性负荷导致功率因数0.8,农村用户终端配电低压无功补偿严重不足。
该居住区变压器容量为1000 kVA,按变压器容量的50百分之配置无功补偿容量为500 kvar。因居民区大都为照明、冰箱、空调、洗衣机等单相设备，选用HT-8C系列智能集成电容器，采用共补与分补的混合补偿方式，其中三相共补偿容量占60百分之的总补偿量为300 kvar,分相补偿容量占40百分之的总补偿量为200 kvar。三相共补偿智能集成电容器选用5台电容容量(30+30)kvar(每台有2组立投切的电容器组)，额定电压 450 V,A形接线；分相补偿智能集成电容器可选10台，单台总电容容量20 kvar,其中每相容量为6.67 kvar,额定电压250 V,Y形接线，每相均可单控制投切。采用智能集成电容器补偿后功率因数在0.92- 0.97之间，电压控制在±10百分之之内的范围，有效地改善了农村配电网低电压的用电情况。

4安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍
4.1产品概述
        AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积小，功耗低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的高要求。
        AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
4.2产品选型
        AZC系列智能电容器选型：

AZCL系列智能电容器选型：

4.3产品实物展示

AZC系列智能电容模AZCL系列智能电容模块

安科瑞无功补偿装置智能电容方案

5结束语
智能集成电容器采用了检测、电力电子、过零投切、计算机和网络通信等技术，具有完善的测量、计算、分析、控制、显示、保护等功能⑹，多台智能电力电容器联机工作时，通过通信方式**结合成一个整体，故障时互不干扰。实践证明，智能电力电容器解决了农村配电网因无功造成低电压的问题，了居住区的电压质量，设备运行稳定可靠，补偿效果好，维护方便，使用寿命长，节能环保，适合大力推广应用。

参考文献：
（1）赵新卫，张绍通,杨伟杰，等.智能电容器多路阶梯式补偿装置现场应用分析[J].电力电容器与无功补偿,2015(1)： 11-14.
（2）王祝华，曾龙海 ,杨祖雄，智能电容器在农村配电网无功补偿中的应用
（3）安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版
作者简介：朱鹍，女，就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电

15000353138

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