低压配电网功率因数补偿器研究

王艳秋

沈阳工学院信息与控制学院



低压配电网功率因数补偿器研究

王艳秋

沈阳工学院信息与控制学院

低压配电网功率因数补偿系统由控制核心电路和补偿执行机构组成。主控电路主要完成采样和数据处理并输出控制信号，执行机构采用继电器控制电容组的投切。本装置具有响应快，性能稳定，操作方便等特点，具有广阔的应用前景。

无功补偿 功率因数 晶闸管投切电容器 触发脉冲

1　引言

由于我国一次能源地理分布不均，煤和水力资源主要在西部，为满足东部发达地区的电力需求，大量的电能将通过长距离输电线送到东部（如北京、上海和广东地区）。据预计，2020年我国西电东送电力将达到1.2～1.5亿kW，要输送如此大的功率，需要建设多条远距离电力输电网，但我国西部地形复杂，到处是崇山峻岭，建设输电线造价高昂。另外申请输电走廊受到环境保护的限制，建设过多的远距离输电线是不可行也是不现实的。有效的解决办法是利用各种技术尽可能提高输电线的输送容量，改善电能质量。研究低压配电网智能功率因数补偿器的意义在于通过对无功功率的补偿，来改善和提高电力系统电压质量，充分发挥输变电设备的效能，减少电力损失，保证电网安全经济的运行。

2　无功补偿装置的硬件电路设计

由于电力网中接入了大量的感性负载，因此，为提高功率因数普遍采用并联电容器方式进行无功补偿。通过对并联电容器的投切控制就能实现对受电测量无功功率的局部补偿，减少电网输送无功功率的负担，降低电力损失，改善电网供电质量。功率补偿器的硬件电路图主要包括主电路、数据采集部分和控制部分。主电路接入电网中后，数据采集部分对电网中的电压和电流进行采集，然后通过A/D转换将数据送给单片机，再计算电网中的无功功率、有功功率和功率因数并判断是否需要投切电容。控制部分主要包括对电容器及其数量的投切控制。微机控制信号触发电路输出或切断触发脉冲，当满足零触发条件时输出或切断触发脉冲，从而控制晶闸管开关通断，投切电容器。

图2.1为该装置的硬件原理图：

图2.1　硬件原理图

3　参数的计算

利用输入信号基波电压、电流复数振幅的实部和虚部可以求得交流电压、交流电流、有功功率和无功功率的有效值，为此先将复数振幅的实部和虚部变成有效值，假定输入电压数振幅的实部和虚部有效值用UR和UI表示，则输入电压的有效值为：

同理可以求出输入电流的有效值为：

其中输入电流复数振幅的实部和虚部有效值用IR和II表示。

对于三相三线系统，如测量信号为两相电压和两相电流，选用的输入信号为UAB、 UCB、IA和IC，则视在功率S 可表示为：

展开上式可得到有功功率和无功功率为：

整个回路的功率因数可以通过以下方法求出：

4　结论

低压配电网线损大约占电网线损的一半，在低压配电网中推广应用的动态无功补偿装置不仅具有显著的经济效益，还具有限制电压剧烈变化的作用，对提高配电网供电质量和安全运行及经济运行水平有重要意义。

该装置具有电容器快速投切、快速无功补偿、无噪音、无电弧、对电网无冲击等多项优点。与目前广泛使用的机械方式投切电容器组相比，有不可比拟的优势。采用智能型无功补偿装置有较高的推广和应用价值。

［1］李晓明，刘会金.低压配电网动态无功补偿装置的研制.武汉：武汉水利电力大学学报，1998

［2］牛迎水，李国立.城市配电网中低压无功补偿的实施.北京：电测与仪表，2000

［3］王洪斌.一种智能型无功动态补偿装置.河北：能源工程，2005

［4］何迎赞，温增银.电力系统分析.四川：华中理工出版社，2008

王艳秋，1955年10月出生，女，汉族，辽宁人，沈阳工学院教授，博士，研究方向：电力电子与电力传动；智能控制理论及应用。