淺談電力設(shè)計(jì)中無功補(bǔ)償自控方案的應(yīng)用

呂瑞華

摘要：文章主要探討了電力設(shè)計(jì)中無功補(bǔ)償自控方案，對多種典型無功補(bǔ)償自控方案分別進(jìn)行了研究和對比，總結(jié)出其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺陷。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)計(jì)；無功補(bǔ)償；自控方案；應(yīng)用

引言

將電力電子技術(shù)應(yīng)用于無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中，可以以充分地發(fā)揮電力電子技術(shù)在無功補(bǔ)償中的優(yōu)越性，完善無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｔ陔娏υO(shè)計(jì)過程中，必須要確保所選的無功補(bǔ)償自動(dòng)控制方案科學(xué)、合理，這對提升供電可靠性、減少電能損耗等具有十分重要的意義。

1無功補(bǔ)償概述

無功補(bǔ)償是對無功功率補(bǔ)償?shù)暮喎Q，在供電系統(tǒng)中，主要功能是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器以及輸電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。因此，無功補(bǔ)償裝置在電力系統(tǒng)中可以說是不可或缺的。對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行合理選擇，可以有效減少電網(wǎng)損耗，提升供電質(zhì)量，而如果選擇不當(dāng)，則可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)、諧波增大等問題。

在電力系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償?shù)闹饕康模菧p少有功功率及電壓的損耗，通過局部有效補(bǔ)償?shù)姆绞?，對電網(wǎng)的供電環(huán)境和供電質(zhì)量進(jìn)行改善。無功補(bǔ)償?shù)闹匾饔弥饕w現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是在供電過程中，可以有效減少供電設(shè)備以及輸配電線路帶來的損耗以及電能的損失，提升供電設(shè)備的供電能力，減小設(shè)備容量，節(jié)約成本；二是能夠有效提升供電的功率因數(shù)，提升對于電能的利用效率，減少供電過程中存在的電壓流失；三是可以減少電費(fèi)開支，降低供電成本，推動(dòng)我國電力行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。因此，在變電設(shè)計(jì)中，做好無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)，是非常必要的，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員的充分重視。

2無功補(bǔ)償自動(dòng)控制中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

2.1機(jī)械式接觸器

無功補(bǔ)償開關(guān)設(shè)備是通過與電容器開關(guān)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制。當(dāng)電流輸入中初始電壓為“零”，根據(jù)接觸，實(shí)現(xiàn)合閘時(shí)電壓激增。此時(shí)所出現(xiàn)的電容器涌流，會(huì)嚴(yán)重影響到電容器。設(shè)置機(jī)械式接觸器就是為了對電容器組的涌流有效抑制，起到限流電阻的作用，同時(shí)還確保不會(huì)出現(xiàn)電壓下降和能量損耗。

2.2無觸點(diǎn)晶閘管

電容器組處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，很容易出現(xiàn)涌流現(xiàn)象，將接觸器觸頭上粘結(jié)盒燒毀。將電力電子技術(shù)應(yīng)用于其中，研制出無觸點(diǎn)晶閘管，又被稱為“固態(tài)繼電器”。其在運(yùn)行的過程中，電壓過零時(shí)，即可將可控硅利用起來，發(fā)揮自動(dòng)控制的作用。當(dāng)電流為“零”，無觸點(diǎn)晶閘管會(huì)自動(dòng)切斷，避免了由于拉弧出現(xiàn)而在電容器合閘時(shí)出現(xiàn)涌流。但是，無觸電晶閘管運(yùn)行中存在著弊端，即諧波電流產(chǎn)生的時(shí)候，影響到電容器的持續(xù)運(yùn)行。特別是設(shè)備的溫度逐漸提高，即便是有風(fēng)扇排熱，也很難發(fā)揮效用。

2.3 復(fù)合開關(guān)

針對于無功補(bǔ)償中所出現(xiàn)的涌流現(xiàn)象，復(fù)合開關(guān)可以確保在電流過零的時(shí)候，抑制涌流。實(shí)現(xiàn)這種效果的原因在于，其采用的并聯(lián)方式中，有可控硅，且實(shí)現(xiàn)交流接觸，使得電流有效導(dǎo)通，對于電力系統(tǒng)的開關(guān)以有效控制，且正常運(yùn)行情況下并不會(huì)有功耗出現(xiàn)。補(bǔ)償電容器投入使用中，根據(jù)使用功能可以選擇兩種復(fù)合開關(guān)，即單相分補(bǔ)和三相共補(bǔ)復(fù)合開關(guān)。提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，且降低運(yùn)行成本，可以采用單相分補(bǔ)復(fù)合開關(guān)和三相共補(bǔ)復(fù)合開關(guān)綜合接線的方式。

3電力設(shè)計(jì)中無功補(bǔ)償自控方案的應(yīng)用

3.1電子式自動(dòng)補(bǔ)償控制方案

電子式自動(dòng)補(bǔ)償方案已經(jīng)有較長的發(fā)展歷史，這種方案所完成的無功補(bǔ)償工作是由分立元件組合而成的自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)控制系統(tǒng)是由相位、電流檢測單元、無功運(yùn)算、比較單元、投切單元以及電容器設(shè)備組裝得來。其中，投切單元所配備的開關(guān)使用了交流接觸器，反應(yīng)靈活。但這一系統(tǒng)的不足之處也很明顯，由于整體設(shè)備的零部件過多，造成其體型笨重，因而在面臨檢修工作時(shí)會(huì)帶來一定的不便，使得檢修過程更加復(fù)雜。同時(shí)，龐大的體積也會(huì)使安全可靠指數(shù)下降，并嚴(yán)重影響其反應(yīng)速度。在投切的過程當(dāng)中，會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊力，從而縮短其使用壽命。更為嚴(yán)重的是，有些企業(yè)的設(shè)備不能完成修復(fù)，而只能依靠人工操作來實(shí)現(xiàn)控制。

3.2單片機(jī)控制技術(shù)的無功補(bǔ)償方案

此方案主要包括兩種控制技術(shù)，即基于ATmega16單片機(jī)控制技術(shù)的無功補(bǔ)償方案及基于ADμc812單片機(jī)控制技術(shù)方案。其中，基于ATmega16單片機(jī)的控制技術(shù)的系統(tǒng)的組成包括信號(hào)調(diào)理模塊、控制補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊以及鍵盤等多個(gè)部件組成。部件中的芯片ATmega16是一種結(jié)構(gòu)較強(qiáng)且消耗功率較低的微型控制器。這種控制器的指令集十分先進(jìn)，且單位時(shí)間內(nèi)完成的指令效率極高，其數(shù)據(jù)吞吐率可達(dá)1MIPS/MHZ，這樣就有效緩解了系統(tǒng)在功率消耗和速度維持這兩方面的矛盾。與此同時(shí)，ATmega16單片機(jī)的AVR內(nèi)核中設(shè)置的指令集十分全面，擁有32個(gè)常用工作寄存器，這些寄存器均與運(yùn)算邏輯單元進(jìn)行一次性連接，使得一條指令在一個(gè)單位周期內(nèi)完成對兩個(gè)獨(dú)立寄存器的訪問成為可能。這種結(jié)構(gòu)的合理性在于對提升代碼效率方面作用極大，并能夠達(dá)到10倍于普通控制器的數(shù)據(jù)吞吐率。這些優(yōu)勢主要得益于芯片運(yùn)算能力強(qiáng)和完善的快速檢測、實(shí)時(shí)補(bǔ)償及配變檢測等實(shí)用功能。AVR對信號(hào)的處理流程為：首先對A/D轉(zhuǎn)換器向外輸送的信號(hào)進(jìn)行樣本采集，并將樣本信號(hào)實(shí)施FFT算法的運(yùn)算處理，主要是計(jì)算功率因數(shù)、電壓及電流等指數(shù)；接下來對電壓情況進(jìn)行判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓過大或電壓虧欠的問題，避免電流低于零的現(xiàn)象；然后將得出的結(jié)果作為依據(jù)，認(rèn)真分析，從而對電容器的去留做出判斷；最后要計(jì)算出無功功率應(yīng)獲得補(bǔ)償?shù)念~度，從而發(fā)出投切或輸出等相應(yīng)指令。

3.3基于PLC控制的無功補(bǔ)償自控方案

PLC控制技術(shù)是一種新興的以微機(jī)技術(shù)為依托的電力控制設(shè)備。這一設(shè)備以傳統(tǒng)的續(xù)電器及觸器自控系統(tǒng)為基礎(chǔ)框架，其技術(shù)核心在于PLC控制技術(shù)。這一技術(shù)支持下的無功補(bǔ)償自控方案沿襲了原系統(tǒng)的主回路、相角檢測回路、輸出電路及供應(yīng)電源，而采用PLC控制技術(shù)的部分則主要包括加減法電平轉(zhuǎn)換、延時(shí)電路、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、可逆計(jì)數(shù)器、清零電路以及譯碼器等硬件設(shè)備。相角檢測電路的輸出信號(hào)不強(qiáng)，因而難以成功驅(qū)動(dòng)PLC的輸入。因此要對此信號(hào)進(jìn)行放大處理，使其成為PLC能夠識(shí)別的信號(hào)。按照系統(tǒng)指示，使用PLC軟件進(jìn)行自動(dòng)化控制。應(yīng)注意的是，原有電路中的三極管開關(guān)電路會(huì)受到輸出點(diǎn)容量的制約，因此應(yīng)將其置于中間做為輸出電路使用。

4無功補(bǔ)償自控方案分析與比較

在經(jīng)過以上分析之后，我們得出：不同的自動(dòng)補(bǔ)償控制都有一定的缺點(diǎn)。其中，電子式自動(dòng)補(bǔ)償控制方案的響應(yīng)速度是非常滿的，而且線路設(shè)計(jì)十分的復(fù)雜。而對于單片機(jī)控制技術(shù)的自控補(bǔ)償方案來說，系統(tǒng)的抗干擾性又非常差，特別是難以保證中、高壓無功補(bǔ)償穩(wěn)定性。除此之外，越高的電壓等級(jí)，其輻射范圍出現(xiàn)故障的影響范圍就會(huì)越大。但是，基于PLC技術(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)卻有很多的優(yōu)勢，如：可擴(kuò)展的范圍大、可靠性極強(qiáng)、抗干擾能力好、維護(hù)便捷等。因此，它便成為電力系統(tǒng)和成套無功補(bǔ)償裝置的首個(gè)設(shè)計(jì)方案。

結(jié)束語

總體來說，只有在選擇更優(yōu)化的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方案，才有可能大大降低電網(wǎng)功率因數(shù)、減少電能損耗，可以說，這對今后電網(wǎng)建設(shè)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在電力設(shè)計(jì)過程中，必須要確保所選的無功補(bǔ)償自動(dòng)控制方案科學(xué)、合理。這對提升供電可靠性、減少電能損耗等具有十分重要的意義。

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