階梯式無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)應(yīng)用

摘 要：文章通過實(shí)例介紹了在無功補(bǔ)償設(shè)備中采用階梯式無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，很好的解決了用電系統(tǒng)負(fù)載的過補(bǔ)、欠補(bǔ)、的問題，功率因數(shù)控制在0.95以上。

關(guān)鍵詞：階梯式無功補(bǔ)償；補(bǔ)償精度；功率因數(shù)

WSBC-PT4系列[1]階梯式無功補(bǔ)償控制器是新型無功補(bǔ)償控制器。該階梯式補(bǔ)償控制器作為三相電容器同時(shí)投切型無功補(bǔ)償裝置中的控制器。

主要性能特點(diǎn)：

（1）使用32位ARM高性能單片機(jī)進(jìn)行控制[3]，在最大限度地簡(jiǎn)化控制器復(fù)雜程度的同時(shí)，獲得精確的參數(shù)檢測(cè)結(jié)果和精密的控制效果。（2）檢測(cè)精度高。被檢模擬量經(jīng)分壓后直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，避免了輸入處理電路導(dǎo)致的誤差。高速采樣和精心設(shè)計(jì)的控制軟件充分滿足了精密測(cè)量的要求，不但可以對(duì)諧波電壓和諧波電流進(jìn)行檢測(cè)，而且可以在諧波干擾嚴(yán)重的情況下保證測(cè)量的精度。電壓檢測(cè)分辨率可達(dá)0.1V，電流檢測(cè)分辨率可達(dá)0.1A，功率因數(shù)檢測(cè)分辨率可達(dá)0.001。（3）使用2排數(shù)碼管，可同時(shí)顯示2項(xiàng)數(shù)據(jù)，便于查看大量的顯示數(shù)據(jù)。（4）具有適度過補(bǔ)償功能，可以在低壓側(cè)對(duì)變壓器自身的無功進(jìn)行補(bǔ)償，從而最大限度地減少系統(tǒng)損耗。對(duì)于高壓計(jì)量變壓器可以實(shí)現(xiàn)無功最小化。（5）具有過電壓及欠電壓保護(hù)功能。保護(hù)電容器不會(huì)因過電壓而損壞，保護(hù)交流接觸器不會(huì)因過電壓及欠電壓而損壞。（6）具有諧波檢測(cè)和諧波過載保護(hù)功能。可以檢測(cè)20次以下的奇次整數(shù)諧波以及1000Hz以上的分?jǐn)?shù)諧波，電壓諧波和電流諧波同時(shí)檢測(cè)并可以顯示，可以顯示各諧波的幅值與畸變率。（7）WSBC-PT4D型可以控制10臺(tái)復(fù)合開關(guān)或晶閘管模塊；WSBC-PT4J10型可以控制10臺(tái)接觸器；WSBC-PT4J12型可以控制12臺(tái)接觸器。電容器容量按階梯結(jié)構(gòu)布置，在控制若干臺(tái)設(shè)定容量的情況下，另外控制一臺(tái)1/4容量的電容器和一臺(tái)1/2容量的電容器，最大步進(jìn)臺(tái)階為總?cè)萘康?/43，因此可以滿足對(duì)補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償精度要求。（8）控制器以系統(tǒng)的無功功率和有功功率為依據(jù)控制電容器的投切，在保證不會(huì)出現(xiàn)輕載震蕩現(xiàn)象的前提下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功電流的目標(biāo)。

階梯式補(bǔ)償方式的技術(shù)依據(jù)：

由于電容器的容量是固定的，為了能夠控制補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償量，需要在一套補(bǔ)償裝置中安裝若干臺(tái)電容器，控制電容器的投入數(shù)量，就可以控制總的補(bǔ)償量。

最常見的設(shè)計(jì)方案是使用若干臺(tái)相同容量的電容器，這時(shí)，步進(jìn)臺(tái)階就是單臺(tái)電容器的容量。按標(biāo)幺值計(jì)算，設(shè)總補(bǔ)償量為1，則步進(jìn)臺(tái)階為電容器數(shù)量的倒數(shù)。例如：在一套補(bǔ)償裝置中安裝了10臺(tái)20Kvar的電容器，則總補(bǔ)償量為200Kvar，步進(jìn)臺(tái)階為20Kvar。按標(biāo)幺值計(jì)算，步進(jìn)臺(tái)階為1/10。這種設(shè)計(jì)方案比較簡(jiǎn)單，也比較容易使電容器循環(huán)投切。缺點(diǎn)是步進(jìn)臺(tái)階過大，即使安裝了15臺(tái)電容器，步進(jìn)臺(tái)階仍然為1/15，在被補(bǔ)償用戶負(fù)荷較輕時(shí)，仍然不能取得良好的補(bǔ)償效果。

還有一種設(shè)計(jì)方案是將電容器容量按2進(jìn)制排列，例如最小的電容器為5Kvar，然后依次為10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar、160Kvar。這種方案使用的電容器數(shù)量最少，步進(jìn)臺(tái)階也最小，總?cè)萘?10Kvar的補(bǔ)償裝置只安裝6臺(tái)電容器，步進(jìn)臺(tái)階為5Kvar，標(biāo)幺值為：5/310=1/62。這種方案的致命缺點(diǎn)是電容器的投切過于頻繁。例如當(dāng)系統(tǒng)需要的補(bǔ)償量為150Kvar時(shí)，需要投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器。當(dāng)系統(tǒng)需要的補(bǔ)償量增加到160Kvar時(shí)，需要將10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器切除，然后投入160Kvar電容器。反之當(dāng)系統(tǒng)需要的補(bǔ)償量為減少到150Kvar時(shí)，需要將切除160Kvar電容器，然后投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器。

更為嚴(yán)重的問題是：當(dāng)其中某一臺(tái)電容器出現(xiàn)故障以后，會(huì)導(dǎo)致振蕩現(xiàn)象。例如當(dāng)20Kvar電容器損壞而系統(tǒng)需要的補(bǔ)償量為150Kvar時(shí)，首先投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器后發(fā)現(xiàn)欠補(bǔ)償20Kvar。然后將10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器切除，投入160Kvar電容器后又發(fā)現(xiàn)過補(bǔ)償10Kvar。再切除160Kvar電容器，投入10Kvar、20Kvar、40Kvar、80Kvar共4臺(tái)電容器后又發(fā)現(xiàn)欠補(bǔ)償20Kvar。如此反復(fù)，即導(dǎo)致振蕩現(xiàn)象發(fā)生。

最好的設(shè)計(jì)方法是使用若干臺(tái)相同容量的電容器，再使用一臺(tái)1/2容量的電容器和一臺(tái)1/4容量的電容器。例如PT4J10型為例：使用8臺(tái)20Kvar的電容器、1臺(tái)10Kvar的電容器和1臺(tái)5Kvar的電容器。這時(shí)共使用10臺(tái)電容器，總補(bǔ)償容量175Kvar，步進(jìn)臺(tái)階為5Kvar，標(biāo)幺值為：5/175=1/35。這種設(shè)計(jì)方案的步進(jìn)臺(tái)階已經(jīng)足夠小，可以實(shí)現(xiàn)足夠的補(bǔ)償精度，滿足各種場(chǎng)合的需要。8臺(tái)相同容量的電容器可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)投切，1/2容量的電容器和1/4容量的電容器的投切雖然可能頻繁一些，但是由于容量小，投切頻繁也沒有問題。

應(yīng)用實(shí)例：

2012年5月采用 WSBC-PT4系列階梯式無功補(bǔ)償控制器，為遼寧向?qū)Э萍加邢薰景惭b一臺(tái)105KWA無功補(bǔ)償控制柜。

從電費(fèi)收費(fèi)單可以看出安裝無功補(bǔ)償設(shè)備后的6月份和7月份有明顯經(jīng)濟(jì)效益。6月份和4月份比較有效果，7月份和3月份比較有顯著效果。

電費(fèi)單據(jù)記錄：

設(shè)備總功率185KW。（動(dòng)態(tài)負(fù)載）無功補(bǔ)償設(shè)備

功率：105KWA，時(shí)間：2012年5月29日 安裝

設(shè)備運(yùn)行兩年來， WSBC-PT4系列階梯式無功補(bǔ)償控制器無一次故障，現(xiàn)還在正常運(yùn)行中，功率因數(shù)控制在0.95以上，每月節(jié)約力率電費(fèi)3000元以上，給國(guó)家節(jié)約了能源給單位節(jié)約了電費(fèi)，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]WSBC-PT4系列階梯式無功補(bǔ)償控制器.萬思電力研究所.

[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 25839-2010.

[3]蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.

作者簡(jiǎn)介：尹敬德，身份證：210105195507043771。