摘要：近年来，城乡低压电网中感性负荷的使用越来越普遍，低压无功补偿技术也随之得到广泛运用。但当前的无功补偿装置存在体积大、难维护、可靠性差等缺点，因此研制新型智能低压无功补偿装置具有重要意义。
关键词：智能；无功补偿；低压；装置
一、无功补偿装置现状和发展分析
无功补偿装置的发展经历了由最原始的同步调相机到先前的并联电容器直至如今广泛研究和使用的静止无功补偿装置（SVC）和静止无功发生器等几种方式。同步调相机和固定补偿电容器是较早期的无功补偿装置。同步调相机通过改变励磁电流来控制无功电流。在欠励磁时相当于无功负荷，吸收系统感性无功损耗，消耗无功功率；在过励磁时相当于电源，向系统提供感性无功功率即输出无功功率。同步调相机能够将负荷中心的用户电压维持在较高水平，但是具有噪声大、损耗高、难维护等缺点。
无功补偿控制器的研究逐渐向高智能、高精度、高可靠性转变。早期的控制器仅以功率因数为控制变量，之后开始研制精度较高、以功率因数和无功功功率等复合型控制量为目标的控制器，目前要求控制器能实时、准确的监测电网的运行状态，具有谐波超限保护功能，并在需要的时候自动投切电容器组；投切开关的研制逐渐向零投切技术及高可靠性转变。电容器投切开关的发展较快，从手动投切开关到后来的交流接触器、从机电一体化复合开关到晶闸管开关、直至近年来新出现的永磁真空同步开关；可见实现电容器组越来越精确可靠的同步投切已越来越重要；准确合理的确定电容器组的分组方式。设置多种不同补偿等级的电容器组，根据不同系统选择不同等级的电容器组进行补偿，并遵循循环编码的投切原则。将固定补偿与分级补偿相结合，保证系统负荷变化时，无功功率仍能充分得到补偿。
二、智能低压无功补偿装置分析
智能低压电器是电力系统迈向智能化的基础，无功补偿装置的智能化关系到补偿的准确性和快速性。此智能低压无功补偿装置是充分利用先进的电力电子技术、传感器技术、网络通信技术及电器制造等，将智能控制单元、同步投切开关单元、电流采样单元和低压电力电容器等集成在一个模块中。该模块即可充当补偿装置，结构单一，装卸方便，不仅可以单独地就地补偿，还可将多个模块通过RS485组网，进行集中式补偿。智能低压无功补偿系统组网结构如图1所示。
此智能低压无功补偿系统，采用智能网络技术，构建了RS485通讯网络，多台智能电容器模块并联使用，自动生成一个网络，用户为其分配网络地址，选定某一地址的智能电容模块为一个主机，其余为从机，组成智能低压无功补偿自动控制系统；如若个别从机故障不影响其余从机和主机的工作，若主机故障则其自动退出运行，系统自动在其他从机中再选择一个作为新的主机，构成一个新的智能低压无功补偿系统。
三、智能无功补偿综合控制模块分析
该模块主要由主控板（MCU）、驱动板（DRIVER）和电源板（POWER）三部分组成，其电路原理图如图2所示。由图可知智能无功补偿综合模块主要由STM32F407VGT6主控芯片（包含A/D转换）、电压平移、过零检测、数据存储、RS485通讯、LCD显示等部分组成。由互感器采集三相电压电流，在主控芯片中计算处理，确定需要补偿的无功量，并判断选择所需投切的电容器组；然后使用RS485传递指令信息给智能补偿电容器综合模块，对电容器进行投切控制。
四、智能无功补偿装置软件设计分析
新型低压无功补偿装置虽结构简单、功能完善，但控制算法较为复杂，涉及信号的采集、计算、处理等工作较多。软件模块设计主要由以下几部分组成：信号采集、信号调理、FFT运算、磁保持继电器控制、人机接口、数据存储、保护及通信等几大部分。
在软件设计过程中，信号采集、调理及FFT运算模块主要采集用于控制系统所需的各项电网原始参数，如三相电流、三相电压等。磁保持控制模块在即得数据的基础上判断电压电流信号的过零点，并在已设定投切条件的情况下实现电容器的各种控制功能。人机接口完成人机对话功能，实现智能模块的投运初始化设置操作，例如地址设置、保护阈值、CT变比及过零校正等。数据存储模块完成系统对各项重要数据的存储。保护模块实现系统在特殊外界条件下的保护，如过压、欠压、缺相保护等。通讯模块用以实现控制系统与其他智能模块的信息交换及数据上传、指令接收等功能。
五、新型补偿装置的优点及应用
比较传统观无功补偿装置与新型智能无功补偿装置可知，新型智能式低压无功补偿装置与传统无功补偿装置相比结构更为方便、简单，新型智能电容无功补偿装置中每个智能电容为单独的模块化结构，其体积较小、接线较少、铜排及其他元器件用量减少；其可配置性强，当负载变化时可以现场进行无功补偿容量调整，实时优化电网中无功容量的补偿。即智能低压无功补偿装置的实用性更强、可靠性更高。它不仅具备传统低压无功补偿装置的功能，还具有零投切电容器、电容器体内过温保护、电容器各相电流保护及故障自诊断和联机等功能；从而减小了投切对电网的冲击，提高了控制的快速性，延长了电容器的使用寿命，实现了自动处理故障的能力，故障智能电容自动退出无功补偿系统而不影响其他智能电容的运行。
结束语
随着电力电子技术的发展和智能电器的应用，电力增长方式逐渐从重视增加数量和扩大规模向重视提高质量和效率转变，人们对用电质量和无功损耗控制的要求越来越高。为降低无功损耗，抑制电压波形畸变，改善电网质量，必须对对电力系统进行快速、准确、动态的无功功率补偿。
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论文作者:周溉能
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
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