无功补偿控制器及动态补偿装置工作原理

时间：2022-01-22作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：1006

无功负荷补偿设备在光电供配电系统中所担负的功能是提升电力的功率因素，减少配电箱变及运输路线的耗损，提升配电高效率，改进配电自然环境。因此无功负荷补偿设备在电力工程供配电系统中处于一个不可缺少的十分关键的部位。有效的挑选补偿设备，可以保证较大限度的降低互联网的耗损，使电力网品质提升。相反，如挑选或错误操作，很有可能导致供配电系统，工作电压起伏，谐波电流扩大等众多要素。

一、按投切方式归类：

1．延迟投切方式延时投切方式

即大家熟称的”静态数据”补偿方式。这类投切借助于传统的的中间继电器的姿势，自然用以投切电容器的交流接触器**型的，它有着抑止电阻的浪涌电压功效，延迟投切的目标就在于避免交流接触器过度经常的姿势时，电力电容器导致毁坏，更主要的是提防电容器不断的投切造成供配电系统震荡，这也是很危险的。当电力网的负载呈理性时，如电机、直流焊机等负荷，这时电力网的电流量滞带后工作电压一个视角，当负载呈容性时，如过多的补偿设备的控制器，这也是电力网的电流量**前的于工作电压的一个视角，即功率因素**前的或落后就是指电流量与工作电压的相位差关联。根据补偿设备的控制器检验供配电系统的标量，来决策电力电容器的投切，这一标量可以是功率因素或无功功率电流量或无功负荷。

下边就功率因素型举例子。当这一标量符合要求时，如COSΦ**前的且》

0.98，落后且》0.95，在这个范畴内，这时控制器沒有操纵数据信号传出，这时已资金投入的电容器组不撤出，没付出的电容器组都不资金投入。当检验到COSΦ不符合要求时，如COSΦ落后且《0.95，那麼将一组电力电容器资金投入，并再次检测COSΦ如还不符合要求，控制器则延迟一段时间（延时時间可整定值），再资金投入一组电力电容器，直到所有资金投入才行。当检验到**前的数据信号如COSΦ《0.98，即呈负载载荷时，那麼控制器就逐一摘除电容器组。要遵循的标准便是：先资金投入的那组电容器组在摘除时就需要先摘除。假如把延迟時间整列入300S，而这套补偿设备有十路电容器组，那麼所有资金投入的時间就为30分鐘，摘除也那样。在这段时间内无功功率损害补只有是逐渐及时。假如将延迟時间整定值的很短，或沒有设置延迟時间，就有可能会发生那样的状况。当控制器检测到COSΦ〈0.95，快速将电容器组逐一资金投入，而在投入期内，这时电力网很有可能已经是负载负荷*补偿了，控制器则操纵电容器组逐一摘除，循环往复，产生振荡，造成崩溃。是不是能产生震荡与负荷的特性有密切相关，所以说这一主要参数必须依据当场状况整定值，要在确保系统优化的情形下，再考虑到补偿实际效果。

2．瞬间投切方式瞬时投切方式

即大家熟称的”动态性”补偿方式，应当说它是半导体材料电力工程元器件与电子信息技术综合性的技术性结晶体，具体便是一套*转向系统软件，控制器一般能在大半个周波至1个周波内进行取样、测算，在2个周期时间来临时，控制器早已传出操纵数据信号了。根据差分信号使可控硅关断，投切电容器组大概20－30ms内就进行一个所有姿势，这类操纵方式是机械设备姿势的交流接触器类没法达到的。动态性补偿方式做为新一代的补偿设备拥有普遍的应用前景。如今许多电源开关领域厂都尝试生产制造、制造这类设备且有的生产厂家早已生产制造出很好的设备。自然与国外同类商品对比从特性上、电子器件的品质、产品构造上也有一定的差别。

动态性补偿的路线方式

（1）LC串连法基本原理如下图1所显示

这类方式选用电感器与电容器的串连接线方法，调整电感以做到补偿无功功率耗损的目地。从基本原理上剖析，这类方式响应时间快，闭环控制应用时，可保证余差调整，使无功功率耗损降至零。从元器件的选用上而言，依据补偿量挑选1组电力电容器就可以，不用再分为多通道。即然有这么多的优势，应该是十分理想化的补偿设备了。但因为规定采用的电感器数值大，要在较大的采样率内调整，因此容积也相对性比较大，价钱也需要高一些，再加一些技术性的缘故，此项技术性到现阶段而言都还没被普遍选用或使用人非常少。

（2）选用电力工程半导体元器件做为电容器组的投切电源开关，较常选用的布线方式如下图2。图内BK为半导体元器件，C1为电容器组。这类布线方式选用2组电源开关，另一相立即接电力网省掉一组电源开关，有很多优势。

做为补偿设备所选用的半导体元器件一般都选用可控硅，其特点是选材便捷，电源电路完善又十分经济发展。其存在的不足是元器件自身不可以*关闭，在出现意外状况下非常*损坏，因此**措施要健全。当解决了维护问题，做为电容器组投切电源开关应该是较**的元器件。动态性补偿的补偿实际效果也要看控制器是不是有较高的特性及主要参数。很重要的一项便是规定控制器要有优良的动态性反应时间，精确的投切输出功率，还需要有较高的自鉴别工作能力，那样才可以达到较好的补偿实际效果。

当控制器收集到必须补偿的数据信号传出一个命令（资金投入一组或多个电力电容器的命令），这时由开启单脉冲去开启可控硅关断，相对应的电容器组也就并人路线运作。必须注重的是可控硅关断的标准务必达到其所属相的电力电容器的直流电压为零，以防止浪涌电压导致元器件的毁坏，半导体元器件应该是无浪涌电压投切。当程序控制注销时，开启单脉冲随后消退，可控硅零电流量当然关闭。关拆断的电力电容器工作电压为路线工作电压沟通交流较高值，务必由充放电电阻器尽早充放电，以便电力电容器再度资金投入。

电子器件可以选单项工程可控硅反并接或者双向可控硅，也可选择合适负载负荷的固体交流接触器，那样可以省来过零开启的单脉冲电源电路，进而简单化路线，元器件的抗压及电流量要有效挑选，热管散热器及制冷方式也需要考虑周到。

3．混和投切方式

事实上便是静态数据与动态性补偿的混和，一部分电容器组应用交流接触器投切，而另一部分电容器组应用电力工程半导体元器件。这类方式在一定水平上可实现互利共赢，但就其控制技术系统，现阶段还看到健全的管理软件，该方式用以通常的互联网如工矿企业、住宅小区、域网更新改造，相比单一的投切方式扩宽了运用范畴，环保节能实际效果更强。补偿设备挑选非等容电容器组，这类方式补偿实际效果更为细腻，更为理想。还可选用分相补偿方式，可以处理因为路线三相不平行面导致的损害。

4．在无功负荷补偿设备的运用层面，挑选那一种补偿方式，还需要依电力网的情况而定，较先对所补偿的路线要有一定的掌握，针对负载比较大且转变*的工作状况，直流焊机、电机的配电线路选用动态性补偿，环保节能实际效果显著。针对负载相对性稳定的路线应选用静态数据补偿方式，也可应用动态性补偿设备。一般电弧焊接运行时间均在几秒以上，电机运行也在几秒以上，而动态性补偿的反应时间在几十ms，按40毫秒考虑到则从40ms到5秒左右以内是一个比较的稳定全过程，动态性补偿设备能进行这一全过程。

二、无功负荷补偿控制器

无功功率补偿控制器有三种取样方式，功率因素型、无功负荷型、无功功率电流量型。挑选那一种物理学操纵方式事实上便是对无功负荷补偿控制器的挑选。控制器是无功功率补偿设备的应急指挥平台，取样、计算、传出投切数据信号，主要参数设置、精确测量、元器件维护等作用均由补偿控制器进行。十几年来经历了由分立元件－－集成化路线－单片机设计－－DSP芯片一个*发展趋势的全过程，其作用也更加健全。就中国的整体情况，因为销售市场的需要量非常大，生产商也越来越多，其特性及本质品质差别非常大，许多商品名不副实，在采用时要认真完成。在采用时必须留意的另一个问题便是中国生产制造的控制器其名字均为“KYWK2000无功负荷补偿控制器”，名字里发生的“无功负荷”的含意并不是这台控制器的取样标量。取样标量在于商品的型号规格，而不是商品的名字。

1．功率因素型控制器

功率因数用COSΦ表明，它表示功率因素在路线中常占的占比。当COSΦ＝1时，路线中沒有无功功率耗损。提升功率因素以降低有功耗损是这种控制器的良好目标。这类操纵方式也是很传统式的方式，取样、操纵也都较非常*完成。

ד延迟”整定值，投切的延迟時间，应在10S－120S范畴内调整”敏感度”整定值，电流量敏感度，不得**过0－2A。

×资金投入及摘除幅值整定值，其功率因素理应能在0.85（落后）－0.95（**前的）范畴内整定值。

×过电压保护设量

×显示设置、循环系统投切等作用这类取样方式在运转中不仅确保路线系统软件平稳、无震荡状况发生，又要兼具补偿实际效果，这也是一对分歧，只有在现场视详细情况将主要参数整定值在不错的情况下工作中。即使调节的不错，也没法祢补这类方式自身的缺点，尤其是在路线重负载时。举例子：设置资金投入幅值；COSΦ＝0.95（落后）这时路线重负载，即使这时的无功功率耗损已非常大，再投电容器组也不会发生过补偿，但COSΦ只需不小于0.95，控制器就不容易还有补偿命令，也就不容易有电容器组资金投入，因此这类操纵方式提议不作为强烈推荐的方式。

2．无功负荷（无功功率电流量）型控制器无功负荷（无功功率电流量）型的控制器较健全的解决了功率因素型的缺点。一个设计方案优良的无功功率型控制器是智能化系统的，有较强的适应力，能兼具路线的稳定性能及检验及补偿实际效果，并且能够对补偿设备做好健全的维护及检验，这类控制器一般都具备下列作用：

×四象限实际操作、全自动、手动式转换、自鉴别各界电容器组的输出功率、依据负荷自动调节转换時间、谐波电流过电压警报及维护、路线串联谐振警报、过压保护、路线低电流量警报、工作电压、电流量失真率精确测量、表明电力电容器输出功率、表明COSΦ、U、I、S、P、Q及頻率。

由以上作用就可以看得出其操纵作用的完备，因为是无功功率型的控制器，也就将补偿设备的实际效果充分发挥得酣畅淋漓。如路线在重负载时，那怕COSΦ已做到0.99（落后），只需再投一组电力电容器不产生过补，也还会继续再资金投入一组电力电容器，使补偿实际效果达到较好的情况。选用DSP芯片的控制器，计算速率大幅度提高，促使富里叶转换获得完成。自然，非是全部的无功功率型控制器都是有那么完备的作用。中国的商品相对性于海外的商品还存有一定的差别。

3．用以动态性补偿的控制器针对这类控制器规定就更高一些了，一般是与开启单脉冲产生电源电路一并考虑到的，规定控制器抗干扰性强，计算速度更快，更主要的是有不错的进行动态性补偿作用。因为这类控制器也都根据无功功率型，因此它具有静态数据无功功率型的特性。

现阶段，中国用以动态性补偿的控制器，与国外同类商品对比有很大的差别，一是在动态性反应时间上比较慢，动态性反应时间重复不太好；二是补偿输出功率不可以一步到位，冲击性电流量过大，系统软件特点非常*飘移，维护保养成本增加、导致机器设备总体项目投资花费高。此外，相对应的国家行业标准也并未看到，这方面落伍于发展趋势。

三、过滤补偿系统软件因为当代半导体元器件运用越来越广泛，输出功率也更高，但它的不良影响便是造成非常大的非正弦函数电流量。使配电网的谐波电流工作电压上升，失真率扩大，电力网配电品质受到影响。

假如配电路线上面有比较大的谐波电流工作电压，特别是在5次以上，这种谐波电流将被补偿设备变大。电容器组与路线串联谐振，使线路上的工作电压、电流量失真率扩大，也有有可能引起机器设备毁坏，再这样的事情下补偿设备是不能应用的。较好是的解决方案便是在电容器组串连串联电抗器来构成谐波滤波器。过滤器的设计方案使得在直流状况下呈负载，以对路线开展无功功率补偿，针对谐波电流则为交流电流，以消化吸收一部分谐波，改进路线的突变率。提升串联电抗器后，要考虑到电容器直流电压上升的问题。

过滤补偿设备即补偿了有功耗损又改进了路线品质，尽管成本费提升较多，但针对谐波电流成份比较大的路线或是应尽可能考虑到选用，不可以觉得设备一时出不来问题就觉得没有问题存有。许多状况下，选用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功负荷的与此同时，系统对中的谐波电流开展清除。无功功率动态性补偿设备原理与结构特点无功功率动态性补偿设备由控制器、可控硅、并联电容器、串联电抗器、过零开启控制模块、充放电维护元器件等构成。设备实时跟踪精确测量负载的工作电压、电流量、无功负荷和功率因素，根据微型机开展剖析，测算出无功负荷并与事先设置的标值开展较为，全自动挑选能达到较好补偿实际效果的补偿容积并发送命令，由过零开启控制模块分辨双向可控硅的关断时时刻刻，完成*、无冲击性地资金投入并接电容器组。

事例：

一、KYLB型低电压无功功率动态性补偿设备：适用沟通交流50HZ、额定电流在660V下列，负荷输出功率转变比较大，对电流起伏和功率因素有较高规定的电力工程、车辆、原油、化工厂、冶金工业、铁路线、海港、煤矿业、油气田等领域。

基本上性能参数及办公环境：工作温度：－25OC～＋40OC（室外型）；－5OC～＋40OC（室内型），较大日气温30OC

海拔：1000M

空气湿度：《85％（＋25OC）较大降水：50MM／10MIN安裝自然环境：周边物质无发生爆炸及易燃性风险、无足够毁坏绝缘层及浸蚀金属材料的汽体、

无导电性浮尘。无强烈振动和很颠，安裝坡度《5％。性能指标：额定电流：220V、380V（50HZ）分辨根据：无功负荷、工作电压反应时间：《20MS补偿容积：90KVAR～900KVAR容许偏差：0～10％

二、KYTBB型髙压无功功率全自动补偿设备：适用6KV～10KV配电站，可在I段和II段母线槽上随意配备1～4组电力电容器，融入配电站的各种各样运作方式。

基本上性能参数及办公环境：一切正常操作温度：－15～＋50OC，空气湿度《85％，海拔：2000M性能指标：额定电流：6KV～10KV

交流电压取样：100V（PT二次线电压）

交流电流取样：0～5A（若PT取10KV侧二次A、C线电压时，CT应取B相电流）

电压整定值：6～6.6KV10～11KV可调电流互感器变比：200～5000／5A可调动作间隔时间；1～60MIN可调动作需系统稳定时间：2～10MIN可调功率因数整定：0.8～0.99可调

技术特征：电压**：按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。

自动补偿：依据无功大小自动投切电容器组，使系统不过压、不过补、无功损耗始终处于较小的状态。

记录监测：可自动或随时调出监测数据、运行记录、电压合格率统计表等（选配）。

智能控制：在自动发出各动作控制指令之前，首先探询动作后可能出现的所有**限定值，减少动作次数。

异常报警闭锁：当电容器控制回路继保动作、拒动和控制器失电时发出声光报警，显示故障部位和闭锁出口。安全防护：手动可退出任一电容器组的自投状态，控制器自动闭锁并退出控制。

模糊控制：当系统处于电压合格范围的高端且在特定环境时如何实施综控原则是该系列产品设计的难点。由于现场诸多因素，如配置环境、受电状况、动作时间、用户对动作次数的限制等而引起频繁动作是用户较为担扰的。应用模糊控制正是考虑了以上诸多因素而使这一“盲区”得到合理解决。无功补偿常出现的问题

1、电容器损坏频繁。

2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。

3、电容器组经常投入使用率低。针对以上问题，我们认为有必要进行专题研究，对无功补偿设备进行综合整治，以达到无功补偿设备使用化运行，提高电网电压无功质量和电能合格率。针对上述情况我们分析可能存在的原因如下：

1、电容器损坏主要原因由于在选择电压等级时没有考虑谐波背景的影响，造成所选择的电压等级偏低，长期运行电容器将*损坏。

2、电容器外熔断器经常发生熔断，主要是合闸涌流对熔断器的冲击或者熔断器额定电流的选择偏小造成的，或是不同电抗率组别的电容器组投切顺序不当所致。

电容器投入使用率低主要是由于在电容器容量选择及分配不当造成的。

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