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為提高供電設備效率，減少供電線路電能損失，國內(nèi)外自上世紀50年代初就開始進行無功功率補償裝置的研究工作，其方法主要有兩種：一種是在電網(wǎng)上并聯(lián)電容器，通過提高電網(wǎng)的功率因數(shù)達到減少線路電壓損耗，提高供電設備利用率的目的;另外一種是在電網(wǎng)上并入同步電動機，通過改變同步電動機勵磁電流的方法來改變電路負載特性。其中前一種方法適用于居民、商業(yè)及小型工廠的低壓供電系統(tǒng)，而后一種方法適用于大型工廠中的無功功率補償。
在實際應用中，由于電路特性是隨時變化的，為了達到較好的補償效果，就必須動態(tài)跟蹤電路特性的變化，實時監(jiān)測電路中U與I的相位差角，根據(jù)角的大小決定并聯(lián)電容器的值�；镜墓β室驍�(shù)cosφ補償電路如圖1所示。
電路中的K1～Kn在自動動態(tài)補償裝置中可采用雙向可控硅，在電路工作時，一般保證cosφ<0.95，避免電路出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，損壞電網(wǎng)供電設備和用電器。具體的方法是通過對電壓U和電流I的相位檢測來判斷是否并入補償電容器，并入幾個，這些都是通過控制裝置自動完成的，這就是動態(tài)無功功率補償裝置的工作原理。
2現(xiàn)有補償裝置存在的問題及解決方法
上面所述的方法只局限于某一段電路，并沒有從整個電力網(wǎng)的角度來分析。為了彌補這一缺陷，就有必要對整個供電系統(tǒng)中的各段電路功率因數(shù)補償裝置進行集中調(diào)控，使整個系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)工作狀態(tài)。由于現(xiàn)有的動態(tài)功率因數(shù)補償裝置還沒有實現(xiàn)整網(wǎng)連調(diào)，所以，有必要增加動態(tài)功率因數(shù)補償裝置的數(shù)據(jù)通訊功能，將其工作狀態(tài)及相關(guān)的電流、電壓、功率因數(shù)、工作溫度、環(huán)境狀態(tài)等參數(shù)發(fā)送到總調(diào)室，總調(diào)室中的主控微機則根據(jù)前端工作狀態(tài)實時調(diào)整控制參數(shù)達到整網(wǎng)均衡運行的目的。
另外，在分析補償過程中所提到的電容器，是按理想電容器來分析計算的，實際的電容器可等效為電阻R與電容器C并聯(lián)電路，如圖2所示，電路的矢量圖如圖3所示。由矢量圖可列式中：tgδ———為介質(zhì)損耗系數(shù);δ———為介質(zhì)損耗角
由式可見：電阻R減小，電容器介質(zhì)損耗增加，電容器發(fā)熱，電解液易枯竭使電容量減小，補償不足。同時，電容器在密閉較嚴時易出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。為及時發(fā)現(xiàn)并解決這一問題，也應對電容器的工作溫度、電容量等參數(shù)進行檢測，并將檢測結(jié)果及時發(fā)送給控制終端，便于及時維修更換，避免事故的發(fā)生。
對于功率因數(shù)補償問題，多年來，人們一直在變壓器輸出端或工廠電力入口等前端上進行無功功率補償，補償方案如圖4所示。
由圖可見，前端補償只補償了10kV以上供電網(wǎng)的無功電流，400V低壓輸電網(wǎng)下端的無功電流并沒有得到補償，而現(xiàn)今居民和商業(yè)用電戶，多采用節(jié)能型日光燈照明，電路功率因數(shù)低，且得不到補償圖5為了解決這一問題，有必要開發(fā)研制一種造價低、性能好的小型動態(tài)無功功率補償裝置(MTSC)。將此裝置安裝于居民(或商業(yè))用戶的集中供電箱中，這樣就構(gòu)成了新的動態(tài)補償控制方案，如圖由圖可見，采用這種方式后，對于變壓器至用戶集中配電箱這段電路的線路損失也得到了補償，其帶來的經(jīng)濟效益是相當可觀的。
3動態(tài)補償裝置數(shù)據(jù)采集、傳輸控制方案的實現(xiàn)
3.1采集傳輸參數(shù)
(1)變壓器工作溫度T1～T6
(2)各相電源電壓UAUBUC
(3)各相電流IAIBIC
(4)功率因數(shù)cosφAcosφBcosφC
(5)無功電流IrAIrBIrC
(6)負荷饋電處電壓VaVbVc
(7)切入補償通道號Ac1～4Bc1～4Cc1～4
(8)電力電容器工作溫度t1～t12
(9)可控硅功率組件溫度tk1～tk12
(10)有功功率PAPAPA
(11)無功功率QAQBQC
(12)視在功率SASBSC
(13)臺區(qū)用戶電量最多為30個單元720戶
3.2采集傳輸控制參數(shù)
(1)電力電容投切保護控制12路開關(guān)量
(2)可控硅過流保護控制12路開關(guān)量
(3)可控硅過壓保護控制12路開關(guān)量
(4)用戶竊電、欠費停/供電控制最多720個開關(guān)量
3.3采集傳輸控制系統(tǒng)方塊圖及各部分的作用
采集傳輸控制系統(tǒng)方塊圖如圖6所示。
3.3.1傳感器部分
傳感器部分將現(xiàn)場的電流、電壓、溫度、功率等參數(shù)變成采集傳輸控制器所能識別的信號(一般為0～5VDC輸入)，以便采集傳輸控制器對其進行分析、計算，根據(jù)分析計算結(jié)果，發(fā)出相對應的控制信息，控制系統(tǒng)正常工作。
3.3.2電量采集控制器電量采集控制器是集電量采集、傳輸、控制用戶停/供電以及防竊電功能為一體的前端設備，安裝于用戶各單元配電箱中，能實時采集用戶的用電信息，并具有防竊電功能，當用電戶有竊電現(xiàn)象發(fā)生時，能及時發(fā)出報警信息，通過低壓電力線載波傳輸給采集傳輸集中控制器，采集傳輸集中控制器再將信息通過傳輸媒體發(fā)送給終端接收控制設備(或控制竊電戶停電)。
3.3.3采集傳輸集中控制器
采集傳輸集中控制器是裝于變壓器臺區(qū)內(nèi)的一臺主控機，它能同時采集64路信號(模擬量或數(shù)字量)，并能與30臺電量采集傳輸控制器通訊，進行電量計量、遠程供/停電控制、竊電報警等操作。同時還能與現(xiàn)有的動態(tài)無功功率自動補償裝置相配合，將該裝置的工作狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)通過傳輸媒體傳輸給終端計算機，達到全局網(wǎng)無功功率平衡補償?shù)哪康摹?/p>
3.3.4動態(tài)功率因數(shù)補償控制器
動態(tài)功率因數(shù)補償控制器是根據(jù)電網(wǎng)電壓與電流的相位差來控制電力電容器組是否投切、投切極數(shù)的一種控制器，通過改變投切極數(shù)來改變無功電流大小而達到改變的目的。
3.3.5電力電容器組及可控硅開關(guān)組件
電力電容器組及可控硅開關(guān)組件是與動態(tài)功率因數(shù)補償控制器相配合，完成動態(tài)功率因數(shù)補償?shù)囊环N附屬組件，它能根據(jù)動態(tài)無功功率補償裝置所發(fā)出的控制信息完成相關(guān)的投切動作。
以上簡述了系統(tǒng)組成及部分作用，其中，前端電量采集控制器是為今后推廣應用遠程電量管理而設置的，可根據(jù)實際情況決定取舍。
4結(jié)論
通過以上闡述，不難看出在原有的無功功率補償產(chǎn)品的基礎上，配置數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制系統(tǒng)，能使整個輸電網(wǎng)有效地聯(lián)調(diào)，并得到很好的無功功率補償效果。
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