智能复合开关在无功补偿系统中的应用是什么原理

低压智能复合开关在无功补偿中的应用  低压电网处于电网的最末端，因此补偿低压无功负荷是电网补偿的关键。搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可以提高用户配电变压器的利用率，改善用户功率因数和电压质量，并有效降低电能损失。低压补偿对用户及供电部门都有利。低压无功补偿的目标是实现无功的就地平衡，通常采用的方式有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。复合开关有共补复合开关和分补复合开关两种，共补开关用于投切三相电容器，即角型接法的电容器；分补开关用于投切单相电容器，即分别接三只单相电容器的一端（另一端需接中性线）。投切电容器由于采用了复合开关，投切时的浪涌电流小，无触点粘住之忧，可以较频繁地投切，因此，可以增加投切电容器的组数以提高补偿精度。在实际应用中，通过控制器精确控制投切，可使功率因数保持在0.96～0.99之间。使用复合开关不仅提高了可靠性，还提高了电能质量。复合开关是用于控制电容器投切的器件。将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由机械接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。  可代替传统的交流接触器，复合开关解决了接触器投切涌流大、触点易烧结和晶闸管无触点开关能耗大，发热大、产生谐波的问题；保证过零投切、无涌流、触点不烧结、能耗小，不发热、不产生谐波污染；实现了电容器组的平滑投切，延长使用寿命，提高电能质量；同时开关设计具有缺相保护、失压保护、空载保护与自诊断故障保护等功能，是低压无功补偿装置电容器投切、运行的一种既节能环保又安全可靠的理想产品。

无功补偿是电力系统运行的基本要求，为了实现电力系统运行中的无功平衡，必须对各种电力负荷所需的无功进行补偿。无功补偿的方法有调相机补偿、电容器组补偿等多种，其中最为有效和易于实施的是在靠近负荷点的地方进行就地无功补偿。由于无功补偿挂接在电网上是通过自动投入和切除电力电容器来达到补偿效果的，因此控制电容器投切的开关元件的性能对整个装置的质量和稳定性起着非常关键的作用。目前国内的无功补偿产品的控制器普遍都是交流接触器或双向可控硅作为开关元件来控制电容器通断。都不可避免地存在着功耗大、温升高，产生被称作“电污染”的谐波成分等影响设备的长期安全运行的问题，整个装置的寿命和可靠性不能有效保障，甚至会影响整个电网的正常运行。本文设计的基于单片机控制的智能化复合开关是较理想的投切开关，详细介绍了硬件设计、软件实现及其在低压无功补偿中的应用。。基本工作原理是将可控硅与接触器并接，使复合开关在接通和断开的瞬间具有可控硅过零投切的优点，而在正常接通期间又具有接触器无功耗的优点，同时具有智能监控、自诊断故障保护、缺相保护、空载保护等完善的保护措施，且功耗小、无谐波。控制信号常用+12V和+5V。控制器采用Intel公司研制的80C196KB单片机。该单片机特别适用于实时性要求较高的控制系统。为了控制可控硅在电压过零时投入，选用了Motorola公司的过零触发控制芯片MOC3083。由于MOC3083的驱动是电流型的，要求大于5mA。故为了可靠驱动，在系统设计中使用达林顿MC1413来驱动它，并设计驱动电流为l0mA。在电容器的投切过程中，对触点型开关，往往会在其触点间产生较强的电弧，损伤触点，致使触头接触不良，甚至会发生触点熔融的现象；对可控硅和大功率固态继电器等无触点型开关，因其功耗大，散热问题尤为突出。针对上述情况，复合开关设计时，增加了延时电路。在开通时，可控硅先导通，延时2~3个周期后，接触器闭合，可控硅关断，负载工作电流由接触器提供；在关断时，接触器先关断，可控硅延迟2~3个周期后关断。这样，从根本上解决了接触器在接通和关断时出现的涌流及触头间拉弧现象，也消除了无触点开关的散热问题，使开关的使用寿命接近其机械寿命，既大大延长了开关的使用寿命，又提高了系统运行的可靠性。

电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中作功时,电流滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无功补偿的道理.

在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。  　　在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。编辑本段基本原理　　无功补偿的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,  　　无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义：  　　⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。  　　⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。  　　⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：  　　cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。  　　电网中常用的无功补偿方式包括：  　　①  集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；  　　②  分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；  　　③  单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。  　　加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。  　　确定无功补偿容量时，应注意以下两点：  　　①  在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。  　　②  功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿  　　就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：  　　⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。  　　⑵有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。  　　无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。

由可以快速动作的过零开关可控硅和接触器来共同构成的一个元件。
在控制器计算过电压零点后发出投切指令，可控硅于20毫秒左右投入，投入后导通接触器线圈，接触器吸合，可控硅断开，来达到电压过零投入的效果。
在控制器要求退出后，也是可控硅先吸合，接触器断开，在电流过零点时可控硅在断开，来达到电流过零点切除