低压动态无功补偿控制器控制对策

低压动态无功补偿控制器控制对策

李俊

广西桂越电力科技有限公司广西南宁530001

摘要：在电力系统中，无功功率的平衡是电能质量的重要保证。因此，相关能快速有效补偿电网无功负荷的无功补偿装置的设计和制造就成为了一个亟待解决的问题，而无功补偿控制器作为无功补偿装置的核心部件，其控制策略的改进和研究更是一个很实际的问题。

关键词：无功补偿；控制器；控制策略

引言

供电电网要承受更多的无功损耗，大量的无功损耗势必会导致电网负荷加重、电路投资加大、电子设备利用率降低等问题。因此适当增加用电设备的有功功率，降低用电设备和输电线路的无功功率损耗，可以提高电网功率因数，增加供电电网效率和可靠性。

1无功补偿装置简介

1.1同步调相机

同步调相机作为早期的无功补偿技术，其结构与同步电动机基本相同，其运行维护比较复杂，技术上已经显得落后。所以，同步调相机目前虽仍有使用，但已不再发展。

1.2固定补偿电容器

在供电电网系统中，固定补偿电容器需要的无功功率，与电机等感性负载需要的无功功率，在时间上正好相反。但当电容器补偿系统无功时，其供给的无功功率对电压的变化非常敏感，其无功功率调节能力比较差。可因为其补偿容量装设比较灵活，维修保养上也比较方便，分散集中装设均可，在我国电网系统中，固定补偿电容器仍然在大量使用。

1.3动态无功功率补偿装置

随着电力电子技术的发展，柔性交流输电系统（FACTS）在电力系统中得到了广泛的应用。目前，基于FACTS技术且应用于无功补偿最为广泛的是动态无功功率补偿装置（SVC）。与同步调相机相比，SVC是完全静止的设备，但它的补偿过程却是动态的，即可根据系统无功功率的需求或电压的变化自动跟踪补偿。

1.4其它无功功率补偿装置

由于SVC的一些缺陷，随后，人们又研发出了静止无功发生器（SVG），SVG采用新型电力电子器件和检测技术，其既可以提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。不过由于投资巨大，目前SVG距离大规模应用还有很长的路要走。随着电力电子逆变技术的迅速发展，电力无源滤波器、电力有源滤波器和单位功率因数变流器等新型补偿形式的研究应用已成为无功补偿控制领域的研究热点。

2动态无功补偿控制电路设计

传统的静态无功补偿控制器存在无功补偿慢、浪涌电流大、设备维护费用高和电容器投切反应时间长等问题，其无功补偿效率低，设备利用率低，且很容易造成投切电容的过流损坏。采用动态无功补偿方式可以有效地防止上述现象的发生。本文采用以LPC4357JET256为核心控制器的智能低压动态无功补偿装置，配以检测模块、A/D转换模块和电容器投切模块等外围电路，辅之以AT89S51单片机为控制器的显示模块，构成以LPC4357JET256为核心控制器，AT89S51单片机为辅助控制单元的双控电路结构。

2.1LPC4357JET256核心控制器

LPC4357JET256核心控制器采用NXP(恩智浦)公司生产的高性能芯片，其具有全自动智能投切功能、U盘读取、CDMA通讯功能、友好的人机交流界面和精确的控制单元等，可以实现无浪涌投切，在外围检测电路的配合下还可以与上位机时刻保持通讯，以便及时获取控制动态和相关参数。

2.2外围电路检测模块

采用电流传感器和电压传感器，用于检测补偿电路中负载的电流和电压，然后将检测到的电信号输送至芯片内的A/D转换器，在A/D转换器中转换为数字信号，然后再输送给LPC4357JET256核心计算，经过逻辑判断和数据分析之后，控制器发出控制指令，控制电容器投切电路中IGBT开关管的导通时刻和关断时刻，从而可以快速准确地进行动态无功补偿。在电容器投切模块中，电压、电流信号经过信号整形、同步周期测量、相位测量等计算后，把所得数据送入LPC4357JET256核心控制器中进行逻辑分析、判断，并得出被测电路的功率因数。这种设计既简化了功率因数测量电路的结构，又增强了检测的准确性和快速性。

3低压动态无功补偿控制器的控制策略

3.1单变量控制

3.1.1按电压变量控制

在电网系统中，无功功率一旦有大的波动，就会严重降低电网电压的质量。按电压变量控制的控制器优点是：控制实现方式比较简单，造价比较低，且便于维护管理。但是当电网系统电压出现较快波动时，容易出现投切振荡现象，因此补偿效果并不理想。

3.1.2按功率因数变量控制

采用此种控制方式，需要提前设置一个合理的功率因数变量控制区间。其优点是：无功控制灵敏度较高，但是当系统的负载较小且功率因数较低时电容器组可能频繁投切，就容易产生投切振荡。

3.1.3按无功功率变量控制

按无功功率变量控制即是以电网系统无功功率作为被控制的变量，使其作为电容组投切的判据。采用此种控制方式，需要不断的监测电网系统中的无功功率，并且与所设置电容器组的补偿值进行比较，此种控制方式的优点是：其可以实现补偿电容器组无功补偿投切一次到位，基本上可以避免投切振荡。可是，本控制方式在电网系统负载不足时比较容易造成补偿装置的投切振荡问题。

3.2复合变量控制

3.2.1按功率因数变量、电压变量复合控制

按供电电网系统功率因数变量、电压变量复合控制的控制方式主要有两种：其一是把电压变量和功率因数变量作为两个级别相同的并行判据，此种控制方式下，电网系统电压即使在合理的工作范围内，而功率因数值一旦进入电容器组投切控制区间，控制器则仍然发出投电容器指令。其二是以电网电压变量为主控判据，以功率因数变量为辅助判据，但经实践检验这种复合控制方式的无功补偿效益效果不是太理想。

3.2.2按无功变量、电压变量复合控制

根据电网系统的实际需要，可提前设置好电网系统控制电压和控制无功的上限和下限，之后依据相应的控制需要，可再将无功补偿控制装置的运行区域再划分为九个不同的控制区，每一个区域都对应着相应不同的控制方式，这也即是目前较为流行的“九区图”控制方式。这种控制方式的最大缺点是：控制装置一旦进入第9区立即会停滞下来，从而不会再监测调节电网系统参数，因此可能造成电网系统长时间运行在低质量甚至不合格的电压环境之中。

结束语

经过实践开发，采用无功功率大小，功率因数和电压范围三控制量进行无功补偿控制的控制器运用于三相四线制的低压配电网后，能随时监测配电变压器、配电线路运行状态及补偿电网无功，从而有效的提高了电网供电电压质量、提高配电网络的安全稳定及经济运行水平。

参考文献

[1]宋舜波.智能低压无功补偿系统的设计[D].杭州电子科技大学,2013.

[2]杨斌.高功率因数智能控制器及最优化算法[D].西安石油大学,2012.

[3]杨瑞强.智能无功补偿装置的研究与设计[D].青岛大学,2012.

[4]毛喜旺.基于MSP430的动态无功补偿控制器的研究[D].南京理工大学,2012.

[5]刘儒来.矿热炉低压无功补偿控制器的研制[D].西安科技大学,2011.

[6]李川,王军,张晓勇,舒欣梅,韩冬军.基于数字信号处理和ATT7022A的低压动态无功补偿控制器设计[J].低压电器,2010(23):45-48.