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摘要：無功補(bǔ)償是降低電網(wǎng)損耗，提高配電效率的有效手段。本文主要對10kV柱上無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了基于多路動態(tài)補(bǔ)償?shù)乃枷耄兄屏?0KV柱上兩路編碼控制動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。該裝置應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)，能實(shí)時地反映電網(wǎng)功率因數(shù)和無功的變化狀況，動態(tài)跟蹤補(bǔ)償10kV線路的無功，基本做到精補(bǔ)細(xì)補(bǔ)，而且具有“四遙”功能，可存儲兩個月的歷史數(shù)據(jù)，并可通過RS-232無線通訊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)傳送。本裝置對于提高電壓合格率和降低網(wǎng)損有重大的意義。
1. 引 言功率因數(shù)和無功平衡是衡量電網(wǎng)質(zhì)量的重要標(biāo)志。我國農(nóng)網(wǎng)普遍存在供電半徑長、電壓質(zhì)量差、功率因數(shù)低的狀況。如果無功能得到有效的平衡，不僅能大大降低電網(wǎng)的損耗，而且對提高電壓質(zhì)量具有重要的意義。但是，目前我國大部分城鄉(xiāng)電網(wǎng)功率因數(shù)偏低，無功很不平衡。因此提高電網(wǎng)功率因數(shù)、平衡無功、提高電壓質(zhì)量、降低線損，是電力系統(tǒng)的一個重要課題�，F(xiàn)今國內(nèi)大部分的無功補(bǔ)償裝置都是并接電容器固定補(bǔ)償，不能實(shí)現(xiàn)動態(tài)跟蹤補(bǔ)償。另還有一部分是一路動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，級數(shù)太少，不能做到精補(bǔ)細(xì)補(bǔ)。因此，如何實(shí)現(xiàn)無功多路補(bǔ)償，仍是國內(nèi)外同行關(guān)注的熱點(diǎn)。
本文設(shè)計(jì)了一種基于兩路不等容編碼控制投切的無功動態(tài)補(bǔ)償裝置，它能隨電網(wǎng)無功的變化，實(shí)現(xiàn)四級補(bǔ)償，基本能達(dá)到精補(bǔ)細(xì)補(bǔ)的目的，使得電網(wǎng)的無功平衡更科學(xué)合理，因而在農(nóng)網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
2. 設(shè)計(jì)思想
本文主要探討基于兩路不等容編碼投切無功補(bǔ)償裝置的控制原理以及實(shí)現(xiàn)的方法。在動態(tài)跟蹤無功補(bǔ)償裝置中，如果是單組的動態(tài)補(bǔ)償，就可根據(jù)電網(wǎng)無功以及電壓的狀況進(jìn)行投切;如果是多組等容量投切補(bǔ)償，可根據(jù)循環(huán)投切的原理去設(shè)計(jì)控制策略;如果是多組不等容投切，其控制策略就要復(fù)雜得多。森寶公司之所以研發(fā)該產(chǎn)品，主要是以下兩方面的原因：
1) 降低成本。眾所周知，單組無功補(bǔ)償裝置不能做到精細(xì)補(bǔ)償，而多組等容的裝置雖能做到相對精細(xì)的補(bǔ)償，但是其電容器的組數(shù)要多，每組電容器都要配備相應(yīng)的開關(guān)和保護(hù)設(shè)備，這就大大增加了設(shè)備的成本，使節(jié)能降損的先期投入成本較大，也使節(jié)能降損的效益降低。如果使用不等容投切，就可大大減少設(shè)備成本，使用戶的效益最大化。舉例說明，要補(bǔ)償300kvar的電容，級差為100kvar，如果采用等容投切，就需要3臺電容器和3臺開關(guān)，而如果采用不等容投切，采用補(bǔ)償一個100kvar和一個200kvar的方法，就只需要兩臺電容器和兩臺開關(guān)，這就節(jié)省了1臺開關(guān)和1套保護(hù)裝置的費(fèi)用，并且減少了故障點(diǎn)。
2) 使裝置的體積減小，節(jié)省了空間，也減少故障點(diǎn)。高壓電容器的體積相對比較龐大，而且對絕緣距離有一定的要求，電容器的組數(shù)越多，那么體積就會大大增加，這就增加了施工成本和施工難度。而且，組數(shù)越多，裝置的故障點(diǎn)越多，使裝置的維護(hù)成本增加。使用不等容投切就可以減少這些問題。
基于以上思考，本文設(shè)計(jì)了兩路不等容投切的戶外高壓無功自動補(bǔ)償裝置。
3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制器工作原理
圖 1 系統(tǒng)工作原理圖
如圖1，控制柜內(nèi)裝有兩臺高壓電容器和高壓真空接觸器，通過單片機(jī)控制高壓真空接觸器的開合，完成投切動作。采用高壓熔斷器為電容提供保護(hù)。PT采樣高壓電網(wǎng)的B、C相之間的線電壓，除了提供電壓信號，還為控制器和控制回路提供電源。CT采樣線電流，為控制器提供電流采樣信號。CT1-CT4采樣電容器電流，電容器的過流保護(hù)和缺相保護(hù)提供硬件支持�？刂破鲗⒉杉降木�電壓、線電流、電容器電流的信號進(jìn)行分析、計(jì)算，經(jīng)過判斷，輸出控制信號，控制真空接觸器關(guān)合和開斷。
4. 控制策略
在控制方式上，裝置采用了按無功投切和按功率因數(shù)投切兩種方式。用戶可以根據(jù)需要來選擇。單就補(bǔ)償?shù)淖罱K目的而言，筆者推薦使用無功來控制比較科學(xué)合理。
兩組電容器由于其容量不等，在投切時就要考慮兩個電容器的協(xié)調(diào)問題，大致來說，分
為如下幾個情況：
1) 兩組都未投入。那么則根據(jù)所選控制方式，根據(jù)實(shí)際參數(shù)量來投入合適的容量。
2) 小容量電容器已投入。如果過補(bǔ)，則切電容;如果需要投入的容量大于小電容器而小于大電容器，那么切電容器;如果需要投入的容量大于大電容器，那么投大電容器。
3) 大容量電容器已投入。如果過補(bǔ)，那么切電容器;如果需要投入的容量大于小電容器，那么投小電容器。
4) 兩個都已投入。如果過補(bǔ)，那么根據(jù)過補(bǔ)的多少，來選擇切除哪一組電容器。
5 控制器硬件電路設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)自動控制，通常的做法是利用微控制器或處理器對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，判斷，然后再對對象進(jìn)行控制。在本設(shè)計(jì)中為了使采集數(shù)據(jù)更精確，軟件編程更簡潔，使用新型的智能電表芯片替代了傳統(tǒng)的ADC和部分MCU的工作。在軟硬件設(shè)計(jì)中注重了對動態(tài)電容器的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了10分鐘保護(hù)、過流保護(hù)、缺相保護(hù)、延時保護(hù)等多種保護(hù)功能，使得系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定有效。
圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖
如圖2，整體電路由AD，CPU，外圍IC器件組成。使用專用測量芯片CS5460替代了原先的ADC和部分單片機(jī)的工作，通過芯片內(nèi)的硬件算法得到Irms、Vrms、P。主CPU使用51系列芯片，其內(nèi)部自帶20K字節(jié)的FLASHROM和512字節(jié)的RAM，設(shè)計(jì)中，全部采用其內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外圍IC器件主要包括外部擴(kuò)展的一片E2PROM存儲器，它擁有32K字節(jié)的存儲空間，用來存儲參數(shù)設(shè)定值及歷史數(shù)據(jù);時鐘芯片為系統(tǒng)工作提供時間參考;另外，人機(jī)接口模塊選用了ZLG7289BP鍵盤顯示管理芯片。該芯片可以同時管
