王艷秋

沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

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低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)補償器研究

王艷秋

沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

低壓配電網(wǎng)功率因數(shù)補償系統(tǒng)由控制核心電路和補償執(zhí)行機構(gòu)組成。主控電路主要完成采樣和數(shù)據(jù)處理并輸出控制信號，執(zhí)行機構(gòu)采用繼電器控制電容組的投切。本裝置具有響應(yīng)快，性能穩(wěn)定，操作方便等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

無功補償 功率因數(shù) 晶閘管投切電容器 觸發(fā)脈沖

1　引言

由于我國一次能源地理分布不均，煤和水力資源主要在西部，為滿足東部發(fā)達地區(qū)的電力需求，大量的電能將通過長距離輸電線送到東部（如北京、上海和廣東地區(qū)）。據(jù)預(yù)計，2020年我國西電東送電力將達到1.2～1.5億kW，要輸送如此大的功率，需要建設(shè)多條遠距離電力輸電網(wǎng)，但我國西部地形復(fù)雜，到處是崇山峻嶺，建設(shè)輸電線造價高昂。另外申請輸電走廊受到環(huán)境保護的限制，建設(shè)過多的遠距離輸電線是不可行也是不現(xiàn)實的。有效的解決辦法是利用各種技術(shù)盡可能提高輸電線的輸送容量，改善電能質(zhì)量。研究低壓配電網(wǎng)智能功率因數(shù)補償器的意義在于通過對無功功率的補償，來改善和提高電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮輸變電設(shè)備的效能，減少電力損失，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟的運行。

2　無功補償裝置的硬件電路設(shè)計

由于電力網(wǎng)中接入了大量的感性負載，因此，為提高功率因數(shù)普遍采用并聯(lián)電容器方式進行無功補償。通過對并聯(lián)電容器的投切控制就能實現(xiàn)對受電測量無功功率的局部補償，減少電網(wǎng)輸送無功功率的負擔，降低電力損失，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。功率補償器的硬件電路圖主要包括主電路、數(shù)據(jù)采集部分和控制部分。主電路接入電網(wǎng)中后，數(shù)據(jù)采集部分對電網(wǎng)中的電壓和電流進行采集，然后通過A/D轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)送給單片機，再計算電網(wǎng)中的無功功率、有功功率和功率因數(shù)并判斷是否需要投切電容?？刂撇糠种饕▽﹄娙萜骷捌鋽?shù)量的投切控制。微機控制信號觸發(fā)電路輸出或切斷觸發(fā)脈沖，當滿足零觸發(fā)條件時輸出或切斷觸發(fā)脈沖，從而控制晶閘管開關(guān)通斷，投切電容器。

圖2.1為該裝置的硬件原理圖：

圖2.1　硬件原理圖

3　參數(shù)的計算

利用輸入信號基波電壓、電流復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部可以求得交流電壓、交流電流、有功功率和無功功率的有效值，為此先將復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部變成有效值，假定輸入電壓數(shù)振幅的實部和虛部有效值用UR和UI表示，則輸入電壓的有效值為：

同理可以求出輸入電流的有效值為：

其中輸入電流復(fù)數(shù)振幅的實部和虛部有效值用IR和II表示。

對于三相三線系統(tǒng)，如測量信號為兩相電壓和兩相電流，選用的輸入信號為UAB、 UCB、IA和IC，則視在功率S 可表示為：

展開上式可得到有功功率和無功功率為：

整個回路的功率因數(shù)可以通過以下方法求出：

4　結(jié)論

低壓配電網(wǎng)線損大約占電網(wǎng)線損的一半，在低壓配電網(wǎng)中推廣應(yīng)用的動態(tài)無功補償裝置不僅具有顯著的經(jīng)濟效益，還具有限制電壓劇烈變化的作用，對提高配電網(wǎng)供電質(zhì)量和安全運行及經(jīng)濟運行水平有重要意義。

該裝置具有電容器快速投切、快速無功補償、無噪音、無電弧、對電網(wǎng)無沖擊等多項優(yōu)點。與目前廣泛使用的機械方式投切電容器組相比，有不可比擬的優(yōu)勢。采用智能型無功補償裝置有較高的推廣和應(yīng)用價值。

［1］李曉明，劉會金.低壓配電網(wǎng)動態(tài)無功補償裝置的研制.武漢：武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，1998

［2］牛迎水，李國立.城市配電網(wǎng)中低壓無功補償?shù)膶嵤?北京：電測與儀表，2000

［3］王洪斌.一種智能型無功動態(tài)補償裝置.河北：能源工程，2005

［4］何迎贊，溫增銀.電力系統(tǒng)分析.四川：華中理工出版社，2008

王艷秋，1955年10月出生，女，漢族，遼寧人，沈陽工學(xué)院教授，博士，研究方向：電力電子與電力傳動；智能控制理論及應(yīng)用。