無功補償控制器及動態(tài)補償裝置工作原理

時間：2022-01-22作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：1018

無功負(fù)荷補償設(shè)備在光電供配電系統(tǒng)中所擔(dān)負(fù)的功能是提升電力的功率因素，減少配電箱變及運輸路線的耗損，提升配電高效率，改進(jìn)配電自然環(huán)境。因此無功負(fù)荷補償設(shè)備在電力工程供配電系統(tǒng)中處于一個不可缺少的十分關(guān)鍵的部位。有效的挑選補償設(shè)備，可以保證較大限度的降低互聯(lián)網(wǎng)的耗損，使電力網(wǎng)品質(zhì)提升。相反，如挑選或錯誤操作，很有可能導(dǎo)致供配電系統(tǒng)，工作電壓起伏，諧波電流擴大等眾多要素。

一、按投切方式歸類：

1．延遲投切方式延時投切方式

即大家熟稱的”靜態(tài)數(shù)據(jù)”補償方式。這類投切借助于傳統(tǒng)的的中間繼電器的姿勢，自然用以投切電容器的交流接觸器**型的，它有著抑止電阻的浪涌電壓功效，延遲投切的目標(biāo)就在于避免交流接觸器過度經(jīng)常的姿勢時，電力電容器導(dǎo)致毀壞，較主要的是提防電容器不斷的投切造成供配電系統(tǒng)震蕩，這也是很危險的。當(dāng)電力網(wǎng)的負(fù)載呈理性時，如電機、直流焊機等負(fù)荷，這時電力網(wǎng)的電流量滯帶后工作電壓一個視角，當(dāng)負(fù)載呈容性時，如過多的補償設(shè)備的控制器，這也是電力網(wǎng)的電流量**前的于工作電壓的一個視角，即功率因素**前的或落后就是指電流量與工作電壓的相位差關(guān)聯(lián)。根據(jù)補償設(shè)備的控制器檢驗供配電系統(tǒng)的標(biāo)量，來決策電力電容器的投切，這一標(biāo)量可以是功率因素或無功功率電流量或無功負(fù)荷。

下邊就功率因素型舉例子。當(dāng)這一標(biāo)量符合要求時，如COSΦ**前的且》

0.98，落后且》0.95，在這個范疇內(nèi)，這時控制器沒有操縱數(shù)據(jù)信號傳出，這時已資金投入的電容器組不撤出，沒付出的電容器組都不資金投入。當(dāng)檢驗到COSΦ不符合要求時，如COSΦ落后且《0.95，那麼將一組電力電容器資金投入，并再次檢測COSΦ如還不符合要求，控制器則延遲一段時間（延時時間可整定值），再資金投入一組電力電容器，直到所有資金投入才行。當(dāng)檢驗到**前的數(shù)據(jù)信號如COSΦ《0.98，即呈負(fù)載載荷時，那麼控制器就逐一摘除電容器組。要遵循的標(biāo)準(zhǔn)便是：先資金投入的那組電容器組在摘除時就需要先摘除。假如把延遲時間整列入300S，而這套補償設(shè)備有十路電容器組，那麼所有資金投入的時間就為30分鐘，摘除也那樣。在這段時間內(nèi)無功功率損害補只有是逐漸及時。假如將延遲時間整定值的很短，或沒有設(shè)置延遲時間，就有可能會發(fā)生那樣的狀況。當(dāng)控制器檢測到COSΦ〈0.95，快速將電容器組逐一資金投入，而在投入期內(nèi)，這時電力網(wǎng)很有可能已經(jīng)是負(fù)載負(fù)荷*補償了，控制器則操縱電容器組逐一摘除，循環(huán)往復(fù)，產(chǎn)生振蕩，造成崩潰。是不是能產(chǎn)生震蕩與負(fù)荷的特性有密切相關(guān)，所以說這一主要參數(shù)必須依據(jù)當(dāng)場狀況整定值，要在確保系統(tǒng)優(yōu)化的情形下，再考慮到補償實際效果。

2．瞬間投切方式瞬時投切方式

即大家熟稱的”動態(tài)性”補償方式，應(yīng)當(dāng)說它是半導(dǎo)體材料電力工程元器件與電子信息技術(shù)綜合性的技術(shù)性結(jié)晶體，具體便是一套*轉(zhuǎn)向系統(tǒng)軟件，控制器一般能在大半個周波至1個周波內(nèi)進(jìn)行取樣、測算，在2個周期時間來臨時，控制器早已傳出操縱數(shù)據(jù)信號了。根據(jù)差分信號使可控硅關(guān)斷，投切電容器組大概20－30ms內(nèi)就進(jìn)行一個所有姿勢，這類操縱方式是機械設(shè)備姿勢的交流接觸器類沒法達(dá)到的。動態(tài)性補償方式做為新一代的補償設(shè)備擁有普遍的應(yīng)用前景。如今許多電源開關(guān)領(lǐng)域廠都嘗試生產(chǎn)制造、制造這類設(shè)備且有的生產(chǎn)廠家早已生產(chǎn)制造出很好的設(shè)備。自然與國外同類商品對比從特性上、電子器件的品質(zhì)、產(chǎn)品構(gòu)造上也有一定的差別。

動態(tài)性補償?shù)穆肪€方式

（1）LC串連法基本原理如下圖1所顯示

這類方式選用電感器與電容器的串連接線方法，調(diào)整電感以做到補償無功功率耗損的目地。從基本原理上剖析，這類方式響應(yīng)時間快，閉環(huán)控制應(yīng)用時，可保證余差調(diào)整，使無功功率耗損降至零。從元器件的選用上而言，依據(jù)補償量挑選1組電力電容器就可以，不用再分為多通道。即然有這么多的優(yōu)勢，應(yīng)該是十分理想化的補償設(shè)備了。但因為規(guī)定采用的電感器數(shù)值大，要在較大的采樣率內(nèi)調(diào)整，因此容積也相對性比較大，價錢也需要高一些，再加一些技術(shù)性的緣故，此項技術(shù)性到現(xiàn)階段而言都還沒被普遍選用或使用人非常少。

（2）選用電力工程半導(dǎo)體元器件做為電容器組的投切電源開關(guān)，較常選用的布線方式如下圖2。圖內(nèi)BK為半導(dǎo)體元器件，C1為電容器組。這類布線方式選用2組電源開關(guān)，另一相立即接電力網(wǎng)省掉一組電源開關(guān)，有很多優(yōu)勢。

做為補償設(shè)備所選用的半導(dǎo)體元器件一般都選用可控硅，其特點是選材便捷，電源電路完善又十分經(jīng)濟發(fā)展。其存在的不足是元器件自身不可以*關(guān)閉，在出現(xiàn)意外狀況下非常*損壞，因此**措施要健全。當(dāng)解決了維護問題，做為電容器組投切電源開關(guān)應(yīng)該是較**的元器件。動態(tài)性補償?shù)难a償實際效果也要看控制器是不是有較高的特性及主要參數(shù)。很重要的一項便是規(guī)定控制器要有優(yōu)良的動態(tài)性反應(yīng)時間，精確的投切輸出功率，還需要有較高的自鑒別工作能力，那樣才可以達(dá)到較好的補償實際效果。

當(dāng)控制器收集到必須補償?shù)臄?shù)據(jù)信號傳出一個命令（資金投入一組或多個電力電容器的命令），這時由開啟單脈沖去開啟可控硅關(guān)斷，相對應(yīng)的電容器組也就并人路線運作。必須注重的是可控硅關(guān)斷的標(biāo)準(zhǔn)務(wù)必達(dá)到其所屬相的電力電容器的直流電壓為零，以防止浪涌電壓導(dǎo)致元器件的毀壞，半導(dǎo)體元器件應(yīng)該是無浪涌電壓投切。當(dāng)程序控制注銷時，開啟單脈沖隨后消退，可控硅零電流量當(dāng)然關(guān)閉。關(guān)拆斷的電力電容器工作電壓為路線工作電壓溝通交流較高值，務(wù)必由充放電電阻器盡早充放電，以便電力電容器再度資金投入。

電子器件可以選單項工程可控硅反并接或者雙向可控硅，也可選擇合適負(fù)載負(fù)荷的固體交流接觸器，那樣可以省來過零開啟的單脈沖電源電路，進(jìn)而簡單化路線，元器件的抗壓及電流量要有效挑選，熱管散熱器及制冷方式也需要考慮周到。

3．混和投切方式

事實上便是靜態(tài)數(shù)據(jù)與動態(tài)性補償?shù)幕旌停徊糠蛛娙萜鹘M應(yīng)用交流接觸器投切，而另一部分電容器組應(yīng)用電力工程半導(dǎo)體元器件。這類方式在一定水平上可實現(xiàn)互利共贏，但就其控制技術(shù)系統(tǒng)，現(xiàn)階段還看到健全的管理軟件，該方式用以通常的互聯(lián)網(wǎng)如工礦企業(yè)、住宅小區(qū)、域網(wǎng)較新改造，相比單一的投切方式擴寬了運用范疇，環(huán)保節(jié)能實際效果較強。補償設(shè)備挑選非等容電容器組，這類方式補償實際效果較為細(xì)膩，較為理想。還可選用分相補償方式，可以處理因為路線三相不平行面導(dǎo)致的損害。

4．在無功負(fù)荷補償設(shè)備的運用層面，挑選那一種補償方式，還需要依電力網(wǎng)的情況而定，較先對所補償?shù)穆肪€要有一定的掌握，針對負(fù)載比較大且轉(zhuǎn)變*的工作狀況，直流焊機、電機的配電線路選用動態(tài)性補償，環(huán)保節(jié)能實際效果顯著。針對負(fù)載相對性穩(wěn)定的路線應(yīng)選用靜態(tài)數(shù)據(jù)補償方式，也可應(yīng)用動態(tài)性補償設(shè)備。一般電弧焊接運行時間均在幾秒以上，電機運行也在幾秒以上，而動態(tài)性補償?shù)姆磻?yīng)時間在幾十ms，按40毫秒考慮到則從40ms到5秒左右以內(nèi)是一個比較的穩(wěn)定全過程，動態(tài)性補償設(shè)備能進(jìn)行這一全過程。

二、無功負(fù)荷補償控制器

無功功率補償控制器有三種取樣方式，功率因素型、無功負(fù)荷型、無功功率電流量型。挑選那一種物理學(xué)操縱方式事實上便是對無功負(fù)荷補償控制器的挑選?？刂破魇菬o功功率補償設(shè)備的應(yīng)急指揮平臺，取樣、計算、傳出投切數(shù)據(jù)信號，主要參數(shù)設(shè)置、精確測量、元器件維護等作用均由補償控制器進(jìn)行。十幾年來經(jīng)歷了由分立元件－－集成化路線－單片機設(shè)計－－DSP芯片一個*發(fā)展趨勢的全過程，其作用也較加健全。就中國的整體情況，因為銷售市場的需要量非常大，生產(chǎn)商也越來越多，其特性及本質(zhì)品質(zhì)差別非常大，許多商品名不副實，在采用時要認(rèn)真完成。在采用時必須留意的另一個問題便是中國生產(chǎn)制造的控制器其名字均為“KYWK2000無功負(fù)荷補償控制器”，名字里發(fā)生的“無功負(fù)荷”的含意并不是這臺控制器的取樣標(biāo)量。取樣標(biāo)量在于商品的型號規(guī)格，而不是商品的名字。

1．功率因素型控制器

功率因數(shù)用COSΦ表明，它表示功率因素在路線中常占的占比。當(dāng)COSΦ＝1時，路線中沒有無功功率耗損。提升功率因素以降低有功耗損是這種控制器的良好目標(biāo)。這類操縱方式也是很傳統(tǒng)式的方式，取樣、操縱也都較非常*完成。

ד延遲”整定值，投切的延遲時間，應(yīng)在10S－120S范疇內(nèi)調(diào)整”敏感度”整定值，電流量敏感度，不得**過0－2A。

×資金投入及摘除幅值整定值，其功率因素理應(yīng)能在0.85（落后）－0.95（**前的）范疇內(nèi)整定值。

×過電壓保護設(shè)量

×顯示設(shè)置、循環(huán)系統(tǒng)投切等作用這類取樣方式在運轉(zhuǎn)中不僅確保路線系統(tǒng)軟件平穩(wěn)、無震蕩狀況發(fā)生，又要兼具補償實際效果，這也是一對分歧，只有在現(xiàn)場視詳細(xì)情況將主要參數(shù)整定值在不錯的情況下工作中。即使調(diào)節(jié)的不錯，也沒法禰補這類方式自身的缺點，尤其是在路線重負(fù)載時。舉例子：設(shè)置資金投入幅值；COSΦ＝0.95（落后）這時路線重負(fù)載，即使這時的無功功率耗損已非常大，再投電容器組也不會發(fā)生過補償，但COSΦ只需不小于0.95，控制器就不容易還有補償命令，也就不容易有電容器組資金投入，因此這類操縱方式提議不作為強烈推薦的方式。

2．無功負(fù)荷（無功功率電流量）型控制器無功負(fù)荷（無功功率電流量）型的控制器較健全的解決了功率因素型的缺點。一個設(shè)計方案優(yōu)良的無功功率型控制器是智能化系統(tǒng)的，有較強的適應(yīng)力，能兼具路線的穩(wěn)定性能及檢驗及補償實際效果，并且能夠?qū)ρa償設(shè)備做好健全的維護及檢驗，這類控制器一般都具備下列作用：

×四象限實際操作、全自動、手動式轉(zhuǎn)換、自鑒別各界電容器組的輸出功率、依據(jù)負(fù)荷自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換時間、諧波電流過電壓警報及維護、路線串聯(lián)諧振警報、過壓保護、路線低電流量警報、工作電壓、電流量失真率精確測量、表明電力電容器輸出功率、表明COSΦ、U、I、S、P、Q及頻率。

由以上作用就可以看得出其操縱作用的完備，因為是無功功率型的控制器，也就將補償設(shè)備的實際效果充分發(fā)揮得酣暢淋漓。如路線在重負(fù)載時，那怕COSΦ已做到0.99（落后），只需再投一組電力電容器不產(chǎn)生過補，也還會繼續(xù)再資金投入一組電力電容器，使補償實際效果達(dá)到較好的情況。選用DSP芯片的控制器，計算速率大幅度提高，促使富里葉轉(zhuǎn)換獲得完成。自然，非是全部的無功功率型控制器都是有那么完備的作用。中國的商品相對性于海外的商品還存有一定的差別。

3．用以動態(tài)性補償?shù)目刂破麽槍@類控制器規(guī)定就較高一些了，一般是與開啟單脈沖產(chǎn)生電源電路一并考慮到的，規(guī)定控制器抗干擾性強，計算速度較快，較主要的是有不錯的進(jìn)行動態(tài)性補償作用。因為這類控制器也都根據(jù)無功功率型，因此它具有靜態(tài)數(shù)據(jù)無功功率型的特性。

現(xiàn)階段，中國用以動態(tài)性補償?shù)目刂破?，與國外同類商品對比有很大的差別，一是在動態(tài)性反應(yīng)時間上比較慢，動態(tài)性反應(yīng)時間重復(fù)不太好；二是補償輸出功率不可以一步到位，沖擊性電流量過大，系統(tǒng)軟件特點非常*飄移，維護保養(yǎng)成本增加、導(dǎo)致機器設(shè)備總體項目投資花費高。此外，相對應(yīng)的國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也并未看到，這方面落伍于發(fā)展趨勢。

三、過濾補償系統(tǒng)軟件因為當(dāng)代半導(dǎo)體元器件運用越來越廣泛，輸出功率也較高，但它的不良影響便是造成非常大的非正弦函數(shù)電流量。使配電網(wǎng)的諧波電流工作電壓上升，失真率擴大，電力網(wǎng)配電品質(zhì)受到影響。

假如配電路線上面有比較大的諧波電流工作電壓，特別是在5次以上，這種諧波電流將被補償設(shè)備變大。電容器組與路線串聯(lián)諧振，使線路上的工作電壓、電流量失真率擴大，也有有可能引起機器設(shè)備毀壞，再這樣的事情下補償設(shè)備是不能應(yīng)用的。較好是的解決方案便是在電容器組串連串聯(lián)電抗器來構(gòu)成諧波濾波器。過濾器的設(shè)計方案使得在直流狀況下呈負(fù)載，以對路線開展無功功率補償，針對諧波電流則為交流電流，以消化吸收一部分諧波，改進(jìn)路線的突變率。提升串聯(lián)電抗器后，要考慮到電容器直流電壓上升的問題。

過濾補償設(shè)備即補償了有功耗損又改進(jìn)了路線品質(zhì)，盡管成本費提升較多，但針對諧波電流成份比較大的路線或是應(yīng)盡可能考慮到選用，不可以覺得設(shè)備一時出不來問題就覺得沒有問題存有。許多狀況下，選用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補償無功負(fù)荷的與此同時，系統(tǒng)對中的諧波電流開展清除。無功功率動態(tài)性補償設(shè)備原理與結(jié)構(gòu)特點無功功率動態(tài)性補償設(shè)備由控制器、可控硅、并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器、過零開啟控制模塊、充放電維護元器件等構(gòu)成。設(shè)備實時跟蹤精確測量負(fù)載的工作電壓、電流量、無功負(fù)荷和功率因素，根據(jù)微型機開展剖析，測算出無功負(fù)荷并與事先設(shè)置的標(biāo)值開展較為，全自動挑選能達(dá)到較好補償實際效果的補償容積并發(fā)送命令，由過零開啟控制模塊分辨雙向可控硅的關(guān)斷時時刻刻，完成*、無沖擊性地資金投入并接電容器組。

事例：

一、KYLB型低電壓無功功率動態(tài)性補償設(shè)備：適用溝通交流50HZ、額定電流在660V下列，負(fù)荷輸出功率轉(zhuǎn)變比較大，對電流起伏和功率因素有較高規(guī)定的電力工程、車輛、原油、化工廠、冶金工業(yè)、鐵路線、海港、煤礦業(yè)、油氣田等領(lǐng)域。

基本上性能參數(shù)及辦公環(huán)境：工作溫度：－25OC～＋40OC（室外型）；－5OC～＋40OC（室內(nèi)型），較大日氣溫30OC

海拔：1000M

空氣濕度：《85％（＋25OC）較大降水：50MM／10MIN安裝自然環(huán)境：周邊物質(zhì)無發(fā)生爆炸及易燃性風(fēng)險、無足夠毀壞絕緣層及浸蝕金屬材料的汽體、

無導(dǎo)電性浮塵。無強烈振動和很顛，安裝坡度《5％。性能指標(biāo)：額定電流：220V、380V（50HZ）分辨根據(jù)：無功負(fù)荷、工作電壓反應(yīng)時間：《20MS補償容積：90KVAR～900KVAR容許偏差：0～10％

二、KYTBB型髙壓無功功率全自動補償設(shè)備：適用6KV～10KV配電站，可在I段和II段母線槽上隨意配備1～4組電力電容器，融入配電站的各種各樣運作方式。

基本上性能參數(shù)及辦公環(huán)境：一切正常操作溫度：－15～＋50OC，空氣濕度《85％，海拔：2000M性能指標(biāo)：額定電流：6KV～10KV

交流電壓取樣：100V（PT二次線電壓）

交流電流取樣：0～5A（若PT取10KV側(cè)二次A、C線電壓時，CT應(yīng)取B相電流）

電壓整定值：6～6.6KV10～11KV可調(diào)電流互感器變比：200～5000／5A可調(diào)動作間隔時間；1～60MIN可調(diào)動作需系統(tǒng)穩(wěn)定時間：2～10MIN可調(diào)功率因數(shù)整定：0.8～0.99可調(diào)

技術(shù)特征：電壓**：按電壓質(zhì)量要求自動投切電容器，使母線電壓始終處于規(guī)定范圍。

自動補償：依據(jù)無功大小自動投切電容器組，使系統(tǒng)不過壓、不過補、無功損耗始終處于較小的狀態(tài)。

記錄監(jiān)測：可自動或隨時調(diào)出監(jiān)測數(shù)據(jù)、運行記錄、電壓合格率統(tǒng)計表等（選配）。

智能控制：在自動發(fā)出各動作控制指令之前，首先探詢動作后可能出現(xiàn)的所有**限定值，減少動作次數(shù)。

異常報警閉鎖：當(dāng)電容器控制回路繼保動作、拒動和控制器失電時發(fā)出聲光報警，顯示故障部位和閉鎖出口。安全防護：手動可退出任一電容器組的自投狀態(tài)，控制器自動閉鎖并退出控制。

模糊控制：當(dāng)系統(tǒng)處于電壓合格范圍的**且在特定環(huán)境時如何實施綜控原則是該系列產(chǎn)品設(shè)計的難點。由于現(xiàn)場諸多因素，如配置環(huán)境、受電狀況、動作時間、用戶對動作次數(shù)的限制等而引起頻繁動作是用戶較為擔(dān)擾的。應(yīng)用模糊控制正是考慮了以上諸多因素而使這一“盲區(qū)”得到合理解決。無功補償常出現(xiàn)的問題

1、電容器損壞頻繁。

2、電容器外熔斷器在投切電容器組及運行中常發(fā)生熔斷。

3、電容器組經(jīng)常投入使用率低。針對以上問題，我們認(rèn)為有必要進(jìn)行專題研究，對無功補償設(shè)備進(jìn)行綜合整治，以達(dá)到無功補償設(shè)備使用化運行，提高電網(wǎng)電壓無功質(zhì)量和電能合格率。針對上述情況我們分析可能存在的原因如下：

1、電容器損壞主要原因由于在選擇電壓等級時沒有考慮諧波背景的影響，造成所選擇的電壓等級偏低，長期運行電容器將*損壞。

2、電容器外熔斷器經(jīng)常發(fā)生熔斷，主要是合閘涌流對熔斷器的沖擊或者熔斷器額定電流的選擇偏小造成的，或是不同電抗率組別的電容器組投切順序不當(dāng)所致。

電容器投入使用率低主要是由于在電容器容量選擇及分配不當(dāng)造成的。

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