韓浩 尹亞南 皮薇薇

摘 要 無功補償通過減少輸配電線路中無功功率輸送達(dá)到降低線損的目的，是電力降損節(jié)能的有效措施。結(jié)合目前無功補償裝置的不足提出了分相檢測、分相調(diào)整的無階無功補償裝置的設(shè)計方案，既達(dá)到了補償容量的連續(xù)可調(diào)，又有效延長了補償裝置的壽命。通過測試達(dá)到了預(yù)想效果。

關(guān)鍵詞 線損 無功補償裝置 檢測

中圖分類號：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.10.021

Development of Non Reactive Power Compensation Device with

Multiple Points Detection and Phase Splitting Control

HAN Hao， YIN Yanan， PI Weiwei

（Zhengzhou Electric Power College， Zhengzhou， He'nan 450000）

Abstract Reactive power compensation by reducing reactive power transmission reach the purpose of reducing line losses in transmission and distribution lines， is an effective measure for power loss reduction and energy saving. Combined with the current lack of reactive power compensation device put forward a design scheme of phase detection， phase adjustment without order reactive compensation device， which can not only achieve the compensation capacity can be adjusted continuously， and prolong the service life of the compensation device. Through the test to achieve the desired results.

Keywords line loss； reactive power compensation device； detection

0 引言

電力降損節(jié)能在我國建設(shè)節(jié)約型社會的進(jìn)程中占有越來越重要的地位。由于電網(wǎng)容量的增加，對電網(wǎng)的無功需求也相應(yīng)地與日俱增，如果供電線路中存在大量無功功率流動，勢必造成線路損耗以及線路電壓降的增大，降低了電能質(zhì)量與電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。在我國電網(wǎng)的總損耗中，220kV及以上電網(wǎng)的損耗所占比例約為31%，10～110kV電網(wǎng)約占26%，10kV及其以下配電網(wǎng)約占43%。采用各種降損節(jié)能措施、最大限度地利用現(xiàn)有電力設(shè)施非常必要，無功補償是降損措施中投資少、回報高的措施之一，對于降低輸配電線路因無功輸送造成的電能損耗，改善電網(wǎng)的運行條件都有著極為重要的意義。

1 目前采用的無功補償裝置分析

目前廣泛應(yīng)用的無功補償裝置主要有機械式投切電容器（Mechanically-Switched Capacitor，MSC）、晶閘管投切電容器（Thyristor-Switched Capacitor，TSC）、晶閘管投切電抗器（Thyristor-Switched Reactor，TSR）等三種，表1對無功補償裝置的特點進(jìn)行了比對分析。

表1

其缺點：（1）投切響應(yīng)速度較慢，投入時電容器產(chǎn)生倍數(shù)較高的涌流，對電網(wǎng)以及電容器本身均會產(chǎn)生影響，造成壽命短、故障多、維修費用高。

（2）采用分組投切易使功率因數(shù)產(chǎn)生波動，影響補償效果，甚至?xí)霈F(xiàn)過補現(xiàn)象，產(chǎn)生無功倒送。

（3）采集單一信號，采用三相電容器同投同切，三相共補。以單相負(fù)荷為主的低壓配網(wǎng)，三相負(fù)荷不平衡在所難免，那么，各相無功電量也不同，采用上述補償方式會在不同程度上出現(xiàn)過補或欠補，影響了補償效果。

2 無功補償容量及控制策略

電容器的無功容量可以用下述公式表述：

= ··

由公式可見：要想改變電容器的無功容量只能夠通過改變C值的大小或者改變U來實現(xiàn)。

交流電壓的有效值為：

目前常采用的變壓方式主要是通過圖1所示的改變電力電子器件的導(dǎo)通角來實現(xiàn)，而此種方式應(yīng)用于電容器中并不理想。

為實現(xiàn)電壓的平滑調(diào)整，初步確定的變壓方式有兩種，如圖2、圖3。

3 設(shè)計的基本思路

本次設(shè)計主要是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、檢測準(zhǔn)確、補償效果好且提高供電質(zhì)量的用于380/220V三相四線制系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置。擬實現(xiàn)的功能如下：

（1）采用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技術(shù)，實現(xiàn)補償容量的無階調(diào)整。解決分組投切所帶來的問題，達(dá)到較好的降損效果。

（2）采用定頻變寬的PWM控制策略，消除電容器的電壓突變；采用PID算法，使功率因數(shù)（cos ）的調(diào)整更加快速、精準(zhǔn)。

（3）采取分相檢測、分相調(diào)整，依據(jù)各相的負(fù)荷及功率因數(shù)確定合理的補償容量，保證三相調(diào)整的一致性，達(dá)到較好的無功補償效果。

4 無功補償裝置的基本組成

用于380/220V三相四線制系統(tǒng)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置含有電壓及功率因數(shù)檢測模塊1，MCU模塊2和IGBT模塊3，MCU模塊的輸入端口和功率因數(shù)檢測模塊1連接，MCU模塊的輸出端口與IGBT模塊3的輸入端連接，IGBT模塊3的輸出端分別控制三相電容CU、CV、CW的交流信號的導(dǎo)通與截止，IGBT模塊3與電壓檢測模塊2通過導(dǎo)線與380/220V線路（三相四線）連接（圖4）。

無功補償裝置控制方案的制定及實現(xiàn)。結(jié)合電力電子器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）的可關(guān)斷特性以及MCU（MicroControllerUnit）的強大數(shù)據(jù)處理能力，利用TCC（Thyristor Controlled Capacitor晶閘管控制電容器）技 （下轉(zhuǎn)第58頁）（上接第44頁）術(shù)，采取分相檢測、分相調(diào)整，通過定頻變寬的PWM控制策略，達(dá)到實現(xiàn)補償容量的無階調(diào)整。

首先通過對三相四線制系統(tǒng)各相電壓電流的檢測獲取各相功率因數(shù)，再將各相的功率因數(shù)與設(shè)定值比較并執(zhí)行PID運算，依運算結(jié)果調(diào)整三相控制信號（PWM波）的占空比，從而達(dá)到控制IGBT的導(dǎo)通與截止，最終實現(xiàn)各相補償容量的調(diào)整（圖5）。

5 結(jié)束語

在無負(fù)載并關(guān)閉積分控制的情況下對無功補償裝置進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如圖6所示，圖中顯示了不同功率因數(shù)下的輸出結(jié)果，達(dá)到了預(yù)想的效果。

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