关键词：智能电容器；无功补偿；系统
1智能电容器模块的电气结构与原理
如图1、图2所示，智能电容器模块由智能测控单元、晶闸管复合开关电路、线路保护单元、2台△型(三相补偿)或I台Y型(分相补偿)低压电力电容器构成，它们各自独立工作又互相联系。
(1)智能测控单元。智能测控单元以工业级DSP为核心，同AD转换、CAN-籅US通信、LCD显示、数据存储等构成一个系统，集采样、运算、分析、控制、通信、人机交互、数据存储于一体，与其它部件进行数据交换，从而有效地协调整个智能电容的工作。同时，智能测控单元坯集成了外部通信功能，可以把本机的运行工况和测量数据通过RS-485接口与外部设备通信以及与其它智能电容器、控制器或后台监控系统进行数据交换，真正做到了透明化、智能化和模块化。
(2)煽控硅复合开关电路。晶闸管复合开关电路包含了可控硅.过零检测与触发模块、可控硅保护模块、磁保持继电器驱动模块及开关故障检测模块。电路采用电力电子可控硅与大功率磁保持继电器复合技术，利用可控硅的快速导通和磁保持继电器触点的零压降实现互补，真正做到过零投切和低功耗运行。合闸时，该电路可实时检测可控硅开关两端(即电力电容器与电网)的电压差，当电压差基本为0（相差小于3V）时，触发可控硅导通，无冲击涌流，做到柔性投入;之后，磁保持继电器吸合，短路可控硅的两端电极，通过继电器触点接通主回路
(3)线路保护单元
线路保护单元由空气开关、快速熔断器及电流检测回路组成。此单元旨在保护智能电容器整机，当智能电容器发生过负荷、三相不平衡或内部短路等故障时，线路保护单元实时跳闸，以保护电网不受影响。
(4)电力电容器。电力电容器采用干式自愈式金属化薄膜电容器，使用高温薄膜卷绕、环氧树脂材料灌封，罐内填充氮气或蛙石，设置防爆装置，安全无泄漏;内置温度传感器，把电容器的实时温度信号传送至智能测控单元，用作过温保护判据。
2 无功补偿控制策略与电容器投切方式
2.1 无功补偿控制策略
传统的无功补偿控制策略有无功功率控制、功率因数控制、电压控制、电压无功控制、电压功率控制、电压时间控制等，本文采用的是电压无功控制策略。电压无功控制方法又称之为九区图法，即在含有变压器的情况下，将平面按电压和无功功率的上下限划分为九个区域，不同的区域代表不同的含义，通过投切电容器进行无功补偿的控制。在配有载调压变压器的条件下，通过调节变压器分接头和投切电容器可以改变电网电压和无功补偿容量 ＱＣ，
进而改变母线电压Ｕ 和从电力系统吸收的无功功率Ｑ。
2.2 电容器过零投切
电容器的投切控制是配电网运行中的一项重要研究内容，根据选择的控制目标及控制参数的不同，可将控制方式分为单一变量控制和综合控制，单一变量控制方式主要包括无功功率控制方式、功率因数控制方式、电压控制方式等。近些年随着人工智能技术的发展，也出现了基于模糊控制理论的控制方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无论是何种控制方式都应该尽量做到在不发生过补偿、投切振荡、冲击电流等情况下，最大限度地利用补偿设备快速地提高电网的功率因数。
本文设计的智能电容器所需的投切开关为复合开关。复合开关将磁保持继电器和晶闸管复合并联在一起，兼两者之长。复合开关的工作原理：线路导通时，驱动电路先发出信号使晶闸管导通，再控制继电器导通，当磁保持继电器导通后，电网电流转移到继电器上，此时驱动电路发出信号使得晶闸管断开，系统正常工作；线路断开时，驱动电路先发出信号使晶闸管导通，此时继电器仍处于导通状态，再控制继电器断开，最后驱动电路发出信号，使得晶闸管在电流过零处断开。复合开关的优点有：无涌流，无电弧；能够实现电压过零处投入，电流过零处切除；功率损耗低。现在很多电力电子仪器都对电压要求很高，无功补偿的趋势就是过零投切。过零投切实际上就是电压过零时投入，电流过零时切除。过零投切的原理：电容器的电压不能突变，如果不是在电压过零点处投入，那么电容器的电压和系统中本身的电压叠加，会产生幅值大、频率高的涌流，增加了功率损耗，增加了对电容器及其他设备的冲击次数。
3智能电容无功补偿器的硬件模块设计
3.1 硬件模块
智能电容器的模块及其功能为：电源模块，为 ＤＳＰ控制器、磁保持驱动电路、运放芯片、液晶显示模块等提供所需的电源支持；ＤＳＰ控制器，采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片，控制整个系统的运行；电网参数采集模块，采集需要的电压电流参数，输送到 ＤＳＰ控制器内进行计算；温度采集模块，通过检测周围的环境温度，实时监控是否满足智能电容器的工作温度；复合开关驱动模块，ＤＳＰ控制器检测到电网需要进行无功补偿时，复合开关驱动模块发送驱动信号，控制电容器的投切；按键与液晶显示模块，即人机操作界面，可以通过按键与液晶显示屏操作与观察当期智能电容器的运行状态；通信模块，采用 ＲＳ－４８５ 通信协议，负责智能电容器各模块之间的通信。
3.2 电网参数采集模块
本文采用的 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片自带１６路１２位的 Ａ／Ｄ转换器，可以对电压电流信号进行数据采集。ＡＤＣ模块的模拟电压输入范围是０～３Ｖ，而低压配电网络的电压一般为３８０Ｖ，不在 ＡＤＣ模块所采集的信号输入范围之内，并且 ＡＤＣ模块比较敏感，当０Ｖ 或３Ｖ 的信号输入到模块端口时，可能会损坏 ＡＤＣ 端口而不能正常工作。因此选择电压互感器对电压信号进行降压处理，再通过采样电阻和电压抬升电路，使得电压信号满足所需的精度要求。
3.3 温度检测模块
基于智能电容器的无功补偿系统还需要进行环境温度的检测，尤其是在夏季，那些安装在室外的无功补偿装置，更要注意其温度的变化。当环境温度过高时，电力电容器内部结构也会发生变化，可能会导致电容器的胀肚，甚至爆炸，影响仪器的使用寿命。本文设计了温度检测电路，能够实时监测智能电容器的运行温度。温度检测模块选用 ＬＭ３５ＣＨ 芯片，能够精密监测实时电流。与用绝对温标校准的温度传感器相比，ＬＭ３５ＣＡＺ工作范围宽，精度和灵敏度高，灵敏度为１０．０ｍＶ／℃，精度在０．４～０．８℃，工作温度为５５～１５０ ℃。而且输出电压与其检测的环境温度成正比关系，当环境温度为０ ℃时，电压为０Ｖ，每升高１℃，相对应的电压升高１０ｍＶ。
结束语
本文从无功补偿系统总体设计和智能电容器结构两方面入手，在对电容器补偿原理、电容器补偿方式、接线方法进行分析研究的基础上，设计出无功补偿系统总体结构和智能电容器的模块框图，采用共补为主，分补为次，两者结合的方式进行无功补偿，不仅无功补偿范围更大，还可以在三相不平衡的情况下进行分相补偿。
参考文献
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［５］曹伟．利用无功补偿解决配电网低电压问题的对策研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１６．
论文作者:穆海萍
论文发表刊物:《中国电业》2019年16期
论文发表时间:2019/11/29
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