精细化智能补偿系统的设计

精细化智能补偿系统的设计

郑松涛

河南旭东电气科技有限公司

摘要：针对电容补偿装置补偿精度不高、补偿效果不佳的问题，提出了一种精细化无功补偿系统的设计方案。应用智能动态补偿技术，经过大量典型场合的试运行，取得了大幅提高补偿精度的效果。研究表明，精细化智能无功补偿系统可以使补偿功率因数实际值接近目标值，节约了生产成本，减少了对电能资源的浪费。

关键词：精细化；智能；无功功率；动态补偿

电容补偿装置能够有效改善电能质量，减少损耗，在配电系统中得到了广泛应用。我国电力主管部门在补偿装置的设计配置和补偿效果上都有严格的要求和监管。但在实际运用中，往往补偿效果达不到要求而被电力主管部门处罚，更重要的是损耗造成了生产成本的提高和对电能资源的浪费。综其原因主要是由于没有较精细的补偿容量的技术方案。

传统的补偿装置由于受到投切动作执行元件和控制器的取样及运算速度的限制，系统补偿时间一般为几到几十秒。补偿系统主要用于静态补偿，比较适合负荷比较平稳单一的用电场所，对于负荷变化快、变化量大的用电场所就不能有效补偿。

目前国内较普遍采用的改善方法是：①提高控制器的运算速度，和压缩执行元件的动作反应时间以尽可能的压缩单路电容的投切动作时间。投切元件采用基于可控硅技术的各类电子开关、负荷开关的快速投切元件，特别是过零投切概念的引入，可以实现对电容回路无涌流投切的同时，投切反应时间可以实现毫秒级。②采用“最大接近”的投切概念，将整体的补偿容量按“8、4、2、1”的权重分成若干补偿容量，经计算后投切与计算需求量最接近的电容量，从而通过不同的容量组合快速接近补偿容量。但以上方法只是解决了补偿速度，受单次投切容量即投切步长的限制，不能实现更精确的补偿。

目前的成熟设备中所配置的电容器，单个电容器不会做的太小，一般为10Kvar、15Kvar、20Kvar、25Kvar、30Kvar等，当实际补偿需要量为2Kvar、12Kvar、33Kvar等时，就无法进行有效精确补偿。即使单体电容可以做的很小，如1Kvar，但对于一个总补偿量需要100Kvar的用电系统，就需要100路补偿回路，显然不现实。

国内也有各种动态有源滤波装置，虽然功能强大，但动辄几十万的费用，让广大用户望而却步。

因此，在电容补偿装置行业急需一种既补偿效果好又投资成本较低的精细化智能电容补偿方案。

1无功补偿系统的设计

1.1小电容组合体的设计

精细化智能无功补偿系统的组合电容结构如图1.所示。

1-小型电容器2-外壳3-内部填充材料4-小型电容引线

把一个单体电容分为若干较小单位。每个小电容都可以作为一个独立的个体，可以单独对外投放。用一个外壳和内部一些必要的绝缘填充材料将它们固定为一个整体。如将30Kvar电容制造成10路3Kvar的小电容组合体，其总容量还是30Kvar。根据用户总电容需求量，配置a+(b1～bn)电容器组。其中a为小电容组合体，b1～bn为等容量的固定电容器。例如，需要100Kvar电容补偿量时，则补偿电路配置一组1Kvar*10的电容组合体和9路10Kvar的固定电容器。

1.2自动补偿控制器的设计

见图2.设计一种新型无功补偿控制器，同时具备通信输出功能和接点输出功能。对其输入采样电流和电压信号，利用通信输出端子控制电容组合体的各小电容器，利用接点输出端子控制固定电容器。投切执行元件为电子负荷开关，可以实现零点投切，电容投切时不会产生涌流。既保证了能够快速投切，又对电容不会产生伤害[5]。

1-电流输入端子2-电压输入端子3-通信输出端子4-接点输出端子

1.3无功补偿系统的工作原理

通过目前技术已经很成熟的快速投切元件执行以下操作。当经过补偿控制器计算需投入电容时，先投电容组合体内的小电容。如将整个电容组合体容量看作1C时，则每个小电容的容量为0.1C，那么投入步长就为0.1C，当持续投到1C时如仍需继续投入，则投入固定电容b1，同时切除0.9C电容组合体（可以称为投一切九）。此时投入的电容总量为1.1C，从而实现投入步长为0.1C的连续动作。以此类推，重复以上动作，依次投入b2、b3等固定电容，直至满足投入要求。

当经过补偿控制器计算需切除电容时，先依次切除电容组合体内的小电容。同理，切除步长仍为0.1C，当切到0C时如仍需切除，则切除固定电容b1，同时投入0.9C电容组合体（可以称为切一投九）。此时投入的电容总量为（n-1）+0.9C（n为已投入的固定电容数量）。从而实现切除步长为0.1C的连续动作。以此类推，重复以上动作，依次切除b2、b3等固定电容，直至满足切除要求。

以上是三相电容系统的补偿方法，如将小电容组合体制作成单相电容，采用同样的补偿方法，还可以进行单相补偿，提高不平衡负荷的补偿精度。

2技术特点

2.1补偿精度

新型补偿系统的投切量是单个固定电容的1/n（n为小电容组合体内小电容的数量）。投切精度取决于n的取值。如果n为10时，投切精度就可以达到单个电容的1/10。

2.2投切反应时间

新型补偿系统的投切执行元件为电子负荷开关，可以实现零点投切，电容投切时不会产生涌流。投切控制时间理论上与控制器命令同步。新型控制器的取样时间可以根据需要在毫秒级范围内设置。

2.3适用范围

与现有产品相比新型补偿系统的补偿适用范围有了较大扩展，无论是所需补偿量变化的大小、速度的快慢的场所，都可以满足要求，特别是在补偿精度上更是有了较大提高，这就对较小容量变压器，特别是农网变压器也可以很好的进行补偿。使电容补偿的范围得到充分扩大。

3结语

针对目前电容补偿精细化不能满足实际需求的问题，精细化智能电容补偿系统，能有效的利用现有的成熟设备，达到快速、大幅提高补偿精度的要求。

参考文献

[1]者那迦﹒挨家纳雅克，师瑞峰译.智能电网技术与应用[M]北京.机械工业出版社.2016.11:54-55

[2]伍泽涌.节能节电实用指南[M]北京.中国电力出版社.2017.9:127

[3]王剑宇.高速电路设计实践[M]北京.电子工业出版社.2016.4:6-8

[4]郝莉，孙薇，初本广.降低电能损耗的方法和措施[J].吉林水利.2000（12）

[5]程志国.降低电能损耗的对策分析[J].硅谷.2013(06)