近年來，隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的實施和深入,，在0.4kV級電網(wǎng)上安裝低壓動態(tài)無功補償裝置,，可以提高供電質(zhì)量、挖掘供電設(shè)備的潛力,、降低線損等越來越被大家所共識,。低壓動態(tài)無功補償裝置一般由微控制器、投切電容器用開關(guān),、電容器組,、空氣開關(guān)、熔斷器,、不銹鋼殼體等組成,。其結(jié)構(gòu)簡單,、投切方便靈活、節(jié)能效果顯著,，因而全國大約300多家企業(yè)生產(chǎn)無功補償裝置,。但其中多數(shù)是技術(shù)水平低，缺乏較齊全的檢測設(shè)備,，生產(chǎn)量小,，質(zhì)量難以保證。尤其作為無功補償裝置關(guān)鍵單元的控制器和投切電容器的開關(guān)更是差異懸殊,。本文就無功補償裝置的一些核心單元進行了重點剖析,，并記錄了一臺森寶電氣公司生產(chǎn)的無功補償裝置在西安供電局掛網(wǎng)運行情況數(shù)據(jù)。 信息來源:http://www.tede.cn

　　2,、無功補償?shù)囊饬x和原理

　　配電網(wǎng)中負荷無論是工業(yè)負荷還是民用負荷,，大部分是感性負荷。它們運行時需從電網(wǎng)吸收大量無功功率,，致使電網(wǎng)功率因數(shù),、電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)"技術(shù)損耗電能"增加,。電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器補償裝置后,，它可以減少電源向感性負荷經(jīng)由輸電線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動,，故可以降低輸電線路和變壓器因輸送無功功率而造成的電能損耗,，從而提高電網(wǎng)功率因數(shù)、減少線損,、電能質(zhì)量得到明顯改善,。

　　電網(wǎng)中感性負荷等效電路可看作電阻R和電感L串聯(lián)的電路，功率因數(shù)

式中 XL=WL

　　將R,、L串聯(lián)電路與電容C并聯(lián)之后,，電路如圖1-a所示，該電路電流方程為：

圖1 并聯(lián)電容補償無功功率的電路和向量圖

 a)補償電路 b)相量圖(欠補償) c)相量圖(過補償)

　　由圖1-b的相量圖可知,，并聯(lián)電容后,，電壓 與的相位差變小，即供電回路的功率因數(shù)提高了,。此時供電電流的相位滯后電壓，這種情況稱欠補償;若電容C的容量過大,，使供電電流的相位超前于電壓,，這種情況稱為過補償，其向量圖如1-c所示,。這會引起變壓器二次側(cè)電壓抬升;電容器溫升升高,，電容器本身的功率損耗增大,，電容器使用壽命縮短;容性無功在線路上傳輸也會增加電能損耗。故此種情況應(yīng)避免,。

　　3,、無功補償裝置結(jié)構(gòu)和主電路

　　補償裝置主要由柜體、控制器,、空氣開關(guān),、避雷器、電容器,、熔斷器和復(fù)合開關(guān)等組成,。其主電路圖如下(方框內(nèi)部是補償裝置主電路;方框外部是低壓配電網(wǎng))：

圖2 無功補償裝置主電路

 　　4、智能控制器

　　現(xiàn)在多數(shù)廠家的控制器,，運算單元多以51系列單片機為主,，其缺點是：①硬件資源有限，指令功能,、運算能力弱,。要將信號采樣，電量計算,，電網(wǎng)諧波分析,，電容器投切，RS-485遠程通訊和近距離RS-232無線通訊功能都由51單片機來完成,，存在很多困難;②其外擴芯片多,，控制器整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性降低;③控制策略單一,，遙信能力弱：控制器控制策略是以功率因數(shù)為依據(jù),，或以無功控制為依據(jù)，這種簡單控制策略容易導(dǎo)致電網(wǎng)輕載時控制器誤動作,，使線路過補;④控制器保護功能不完善,，達不到電力行業(yè)標準DL/T597-1996<<低壓無功補償控制器訂貨技術(shù)條件>>中所規(guī)定的功能。(即控制器應(yīng)具有過壓,、欠壓,、投切延時保護功能，電容器投入,、切除門限功能,，循環(huán)投切功能，面板應(yīng)具有硬件或軟件閉鎖功能,，防止小負載時電容器投切振蕩功能,，抗干擾功能。)

　　鑒于目前無功補償裝置的現(xiàn)狀,，本文在比較了多種無功補償裝置的優(yōu)缺點后,，研制了一種基于數(shù)字信號處理器為核心的智能低壓無功補償裝置控制器,。

　　控制器采用TMS320LF2407A芯片，該芯片是定點16位控制器中功能最全而又性能最好的,。①其內(nèi)部包含硬件乘法器,、累加器、算術(shù)邏輯單元,、輔助算術(shù)單元等多個處理單元,，這些單元可以并列同時在一個指令周期內(nèi)完成計劃任務(wù);②可獨立訪問64K字節(jié)的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器空間;③內(nèi)部總線采用并行體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中設(shè)置了程序讀總線,、程序地址總線,、數(shù)據(jù)讀總線、數(shù)據(jù)寫總線,，由于總線是獨立的,，故可以同時訪問程序和數(shù)據(jù)存儲器，同時為處理器提供數(shù)據(jù)和指令,，從而提高了數(shù)據(jù)吞吐量;④特殊的DSP指令具有單周期乘,、加運算;⑤FFT倒位序變址尋址能力以及單周期指令執(zhí)行時間為25nS和豐富的集成外設(shè)接口，這些豐富的資源可以很好地解決51系列單片機難以解決的問題,。

　　控制器通過采集三相電壓,、電流，利用FFT變換算法,，得到電網(wǎng)三相功率因數(shù),、電壓、電流,、有功功率,、無功功率、2到13次諧波含量,、有功電度,、無功電度、電壓,，電流畸變率;具有存儲每日整點功率因數(shù),、電壓，電流最大值,、停電,，來電時刻及累計停電時間功能;整點指定日諧波數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)存儲期為2個月;128X64大屏幕液晶顯示全中文操作界面、數(shù)據(jù),，便于用戶操作;具有RS-232,、RS-485通訊物理接口，可實現(xiàn)遙信或近距離無線通訊，真正做到了無功補償自動控制與配電參數(shù)綜合測控一體化,，為城網(wǎng)改造提出的配網(wǎng)自動化、遠程通訊,、無人值守等奠定了軟,、硬件基礎(chǔ)?？刂破饔布Y(jié)構(gòu)框圖如圖：

圖3 控制器硬件結(jié)構(gòu)原理圖

　　軟件編制總體結(jié)構(gòu)框圖和部分模塊流程圖如下

圖4 軟件總體結(jié)構(gòu)框圖

圖5 底層驅(qū)動模塊流程圖

 　　5,、并聯(lián)電容器用的投切開關(guān)

 　　在0.4kV級的配電網(wǎng)中，目前無功補償裝置投切電容器開關(guān)是用接觸器或晶閘管實現(xiàn)的,。若用接觸器投切電容器,，缺點是：①投入電容時，由于很難控制在電壓過零時投入,，因此易產(chǎn)生涌流,、觸點間打火、燒損觸頭;②切除電容器時又不易控制在電流過零切除,，使觸頭粘聯(lián),、拉弧;③過大的涌流還會對電容器造成損害，縮短電容器使用壽命,。若采用晶閘管(又稱固態(tài)繼電器)來投切電容器,，其優(yōu)點是電壓過零觸發(fā)導(dǎo)通主回路、無拉弧,、動作響應(yīng)快,、可大幅度限制投切涌流，特別適合頻繁投切,。其缺點是：①功耗大,，且隨電容電流的增大而增大;②晶閘管電路本身是諧波源，大量使用對低壓電網(wǎng)易造成諧波污染,。

　　基于以上情況,，西安森寶公司研制出了一種新型開關(guān)-復(fù)合開 。復(fù)合開關(guān)主要有控制板,，晶閘管與磁保持繼電器組成,，原理框圖如圖3-1所示：

圖6 復(fù)合開關(guān)模塊原理框圖

　　復(fù)合開關(guān)投入電容器過程：配電綜合控制器發(fā)出觸發(fā)信號給復(fù)合開關(guān)，復(fù)合開關(guān)控制板接到信號后,，開始檢測電壓過零點,，并在電壓過零時使晶閘管接通主回路，磁保持繼電器經(jīng)一定延時后,，在等電勢情況下吸合,。由于晶閘管是無觸點開關(guān)，且零電位投入,，正常工作后,，由于繼電器觸點電阻遠小于晶閘管電阻,，電容電流經(jīng)過磁保持繼電器觸頭進入電網(wǎng),。因而，避免了投電容器時的涌流,、拉弧,、打火,，減小了晶閘管工作損耗,。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　復(fù)合開關(guān)切除電容器過程：控制器輸出的觸發(fā)信號消失后,，磁保持繼電器在等電位情況下先斷開，晶閘管經(jīng)延時后,，在電流過零時斷開,。

　　這種投切開關(guān)是充分吸收了無觸點開關(guān)晶閘管和繼電器各自的優(yōu)點，因而開關(guān)使用壽命長,，功耗低,。是投切電容器的理想開關(guān),。

　　6,、運行情況

　　利用以上相關(guān)技術(shù),，西安森寶公司先后設(shè)計并生產(chǎn)了四百多臺低壓動態(tài)無功補償裝置，產(chǎn)品分別在西安,、新疆,、青海、河南,、東北等地掛網(wǎng)運行,。產(chǎn)品投入市場2年來,，現(xiàn)場運行情況一切正常，受到了用戶一至好評,。下面是西安市供電局在幸福路10#桿掛網(wǎng)的一臺無功補償裝置運行情況記錄,。

表1：幸福路10#桿無功補償裝置運行情況