低压动态无功功率补偿装置方案设计与实现方法

　

摘要：在电力系统运行中，为减少能量损耗，提高供电设备利用率，采用无功功率补偿，利用MTSC装置，构成低压动态无功补偿装置，可以取得很好的效果。

关键词：电力系统 能量损耗 无功功率补偿 MTSC装置
1 　无功功率补偿原理与实现方法
　　为提高供电设备效率，减少供电线路电能损失，国内外自上世纪50 年代初就开始进行无功功率补偿装置的研究工作，其方法主要有两种：一种是在电网上并联电容器，通过提高电网的功率因数达到减少线路电压损耗，提高供电设备利用率的目的;另外一种是在电网上并入同步电动机，通过改变同步电动机励磁电流的方法来改变电路负载特性。其中前一种方法适用于居民、商业及小型工厂的低压供电系统，而后一种方法适用于大型工厂中的无功功率补偿。
　　在实际应用中，由于电路特性是随时变化的，为了达到较好的补偿效果，就必须动态跟踪电路特性的变化，实时监测电路中U 与I 的相位差角，根据角的大小决定并联电容器的值。基本的功率因数cosφ补偿电路如图1 所示。

　　电路中的K1～Kn在自动动态补偿装置中可采用双向可控硅，在电路工作时，一般保证cosφ< 0.95，避免电路出现谐振现象，损坏电网供电设备和用电器。具体的方法是通过对电压U和电流I的相位检测来判断是否并入补偿电容器，并入几个，这些都是通过控制装置自动完成的，这就是动态无功功率补偿装置的工作原理。
2 　现有补偿装置存在的问题及解决方法
　　上面所述的方法只局限于某一段电路，并没有从整个电力网的角度来分析。为了弥补这一缺陷，就有必要对整个供电系统中的各段电路功率因数补偿装置进行集中调控，使整个系统处于协调工作状态。由于现有的动态功率因数补偿装置还没有实现整网连调，所以，有必要增加动态功率因数补偿装置的数据通讯功能，将其工作状态及相关的电流、电压、功率因数、工作温度、环境状态等参数发送到总调室，总调室中的主控微机则根据前端工作状态实时调整控制参数达到整网均衡运行的目的。
　　另外，在分析补偿过程中所提到的电容器，是按理想电容器来分析计算的，实际的电容器可等效为电阻R与电容器C并联电路，如图2所示，电路的矢量图如图3所示。

　　由矢量图可列

　　式中：tgδ———为介质损耗系数；δ———为介质损
耗角
　　由式可见：电阻R减小，电容器介质损耗增加，电容器发热，电解液易枯竭使电容量减小，补偿不足。同时，电容器在密闭较严时易出现爆炸现象。为及时发现并解决这一问题，也应对电容器的工作温度、电容量等参数进行检测，并将检测结果及时发送给控制终端，便于及时维修更换，避免事故的发生。
　　对于功率因数补偿问题，多年来，人们一直在变压器输出端或工厂电力入口等前端上进行无功功率补偿，补偿方案如图4所示。

　　由图可见，前端补偿只补偿了10 kV以上供电网的无功电流，400 V低压输电网下端的无功电流并没有得到补偿，而现今居民和商业用电户，多采用节能型日光灯照明，电路功率因数低，且得不到补偿图5为了解决这一问题，有必要开发研制一种造价低、性能好的小型动态无功功率补偿装置(MTSC) 。将此装置安装于居民(或商业) 用户的集中供电箱中，这样就构成了新的动态补偿控制方案，如图

　　由图可见，采用这种方式后，对于变压器至用户集中配电箱这段电路的线路损失也得到了补偿，其带来的经济效益是相当可观的。


3 　动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现
3.1 　采集传输参数
(1) 变压器工作温度T1 ～ T6
(2) 各相电源电压　UA UB UC
(3) 各相电流　IA IB IC
(4) 功率因数　cosφA cosφB cosφC
(5) 无功电流　I rA I rB I rC
(6) 负荷馈电处电压　V a V b V c
(7) 切入补偿通道号　Ac1～4 Bc1～4 Cc1～4
(8) 电力电容器工作温度　t1 ～ t12
(9) 可控硅功率组件温度　tk1 ～ t k12

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