無功補償復合開關優化探究論文

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摘要：隨著國家經濟的發展和人民生活水平的提高，大量的居住樓盤、高檔商場、賓館、辦公樓等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用電量快速增長。但是，在這些民用建筑場所內使用的多為單相電感性負荷，因其自身功率因數較低，在電網中滯后無功功率的比重較大。為保證降低電網中的無功功率，提高功率因數，保證有功功率的充分利用，提高系統的供電效率和電壓質量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節約電能，通常在低壓供配電系統中裝設電容器無功補償裝置。

關鍵詞：無功補償；復合開關

1動態無功補償復合開關的工作原理和主要技術特點

目前電力系統通用的無功補償方案有接觸器投切電容器、復合開關投切電容器、晶閘管投切電容器這三種。復合開關投切電容器無功補償裝置，其投切開關是晶閘管和接觸器并聯的復合開關，其主要作用是用晶閘管控制電容過零投切，以降低傳統接觸器投切的電流沖擊，電容器投入后再由接觸器旁的路晶閘管，使電容運行。

動態無功補償復合的主要技術特點有：

實現動態補償，可對頻率和大小都變化的無功功率進行補償，對補償對象有極快的響應。動態補償不容易和電網阻抗發生諧振，且可以跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率變化的影響。

（1）過零投切：斷口電壓為零時，開關接通；電流過零時，開關分斷。由于采用了過零觸發技術，因此可使射頻干擾降低到最低程度。

（2）功耗?。河捎诓捎昧舜疟３掷^電器，控制裝置只在投切動作瞬間耗電，平時不耗電且磁保持繼電器的接觸電阻小，不需要外加散熱片或風扇，降低了成本。

（3）無諧波：磁保持繼電器吸合后，沒有非線性電阻，不會產生諧波。

（4）抗干擾：具有低阻抗的特點，可以抑制干擾，消除噪聲。

（5）保護功能：欠壓保護，當系統電壓低于160V時開關自動分閘；缺相保護，當系統電壓缺相時，開關拒合閘（適用于三相△連結的開關）；停電保護，系統停電后開關自動分閘，當系統恢復供電后開關不會自動合閘。

開關合閘波形圖：

2動態無功補償復合開關在實際運行中存在的主要問題

（1）由于國內大多數的動態無功補償復合開關采用的接觸器都是普通的機械觸點開關，因此動作速度較慢，在負荷動態變化特別頻繁，要求響應速度和投切精度很大的場合，常常不能滿足補償要求。

（2）當用戶同時使用大量三相用電設備時，必須投入三相電容補償，而復合開關的接觸器很難達到三相同時投切的質量要求。

（3）由于零點檢測出現誤差或電網、線路及其他因素的干擾，打亂動態無功補償控制器及復合開關正常的工作程序甚至導致其失控。

3影響動態補償復合開關穩定工作狀態的主要因素

3.1電源因素

由于電子電路通過電源電路接到電網，所以電網的噪聲通過電路干擾進入電子線路，這是影響復合開關工作穩定的主要原因之一。電源因素可以從以下三種情況來詳細考慮。

（1）通過電源變壓器的耦合。變壓器是電源電路中最常見的元件，它的初級接在電網電源，次級則按設計要求得到各種交流電壓，然后再經過整流濾波和穩壓等電路，得到供線路工作所需要的直流電壓。在研究電網高頻尖峰脈沖如何穿越變壓器而傳播時發現，變壓器初、級的交流電磁耦合并不是這種噪聲的主要傳播途徑。事實上，這個傳播途徑是由變壓器初次級間分布電容所造成的。由于變壓器的初級線圈靠得很近，這兩部分間的分布電容通常有數百PF。這種分布電容不僅電容量大，而且有良好的頻率特性，對高頻噪聲的阻抗很低。

（2）電源本身的過壓、欠電壓、停電等故障引起的電源噪聲。任何電源及輸電線都存在內阻，正是這些內阻引起電源的噪聲影響了復合開關的穩定工作。如果沒有內阻存在，無論如何噪聲都會被電源電路吸收，在電路中不會產生干擾電壓。

（3）浪涌、下陷、尖峰電壓與其他電源干擾因素。用戶本身大功率設備的不斷接通和斷開，特別是大功率電動機，接通瞬間需要很大的啟動電流，并可持續幾百毫秒，從而在輸電線路內阻上將產生很大的壓降，這是電網中產生電壓瞬變（浪涌、下陷）的主要原因。這些噪聲疊加在正弦交流電壓上沿線路傳輸，在所到之處引起干擾，如果幅度過大，會毀壞系統。

另外，設備接地不良，輸電線、汽車打火、無線電發射以及電弧等幅射源、地線過長等等，都會使復合開關無法正常工作。3.2線路及其他因素

如果動態無功補償控制器線路板設計不合理，使元件的排列不合理，或者線路中元件之間的布局不合理，就有可能出現線路本身的干擾源，使單片機系統誤動作。

4動態無功補償復合開關優化探討

針對以上存在的問題，我們提出幾點優化方案：

（1）采用晶閘管和交流低壓真空接觸器并聯組成動態無功補償復合開關的主體，以取代普通的機械型接觸器。

因為真空接觸器具有接通、分斷能力大、電氣和機械壽命長、在惡劣條件下工作可靠性高等優點，適合于電力系統中，供遠、近距離接通和分斷電路以及在重任務條件下的頻繁啟動和控制。

CKJ12型(EVS)系列交流低壓真空接觸性能參數：

（2）對接觸器的觸頭系統進行改進，通過控制中間相觸頭的分斷時刻，可達到三相觸頭均在電流過零點前分斷電路，實現三相電路的同步分斷。實現同步分斷的關健是要有性能良好的電流傳感器，用來檢測主電路的電流。這種電流傳感器與傳統的電流傳感器相比具有更強的抗干擾性能，在強大的電磁干擾（包括電弧干擾和電動力干擾）的影響下，要能夠準確的反映主電路的電流變化情況，尤其能夠檢測到準確的電流零點。

（3）復合開關硬件部分。

①改良動態無功補償控制器的單片機系統復位電路設計。通常單片機都有一個復位引角，用于系統的復位。但復位電路易受電源波動的影響，當單片機電源受到干擾后，電壓下降至低電平時，復位端電位也隨之下降至低電平，使單片機無法正常工作。

②動態無功補償復合開關采用光電隔離的電路。光電隔離的目的是割斷兩個電路之間的聯系。復合開關的控制回路采用美國摩托羅拉公司最新推出的光電新器件——光電雙向可控硅驅動器，作為其主要控制元件。

此元件由輸入、輸出兩部分組成。輸入級是一個砷化鎵紅外線發光二極管（LED），該二極管在5-15mA正向電流作用下，發出足夠的紅外光，觸發輸出部分。輸出級為具有過零檢測的光控雙向可控硅。當紅外發光二極管發射紅外光時，光控雙向可控硅導通，發出控制信號觸發主控零件。由于采用了光電隔離，并且能用TTL電平驅動，它很容易與單片機接口進行自動工控設備的適時控制。提高了線路的穩定性。

③接地技術。一種是為了保證人身或設備安全，而把設備的外殼接地，這種接地稱之為外殼接地或安全接地；另一種是為電路工作提供一個公共的電位參考點，這種接地稱之為工作接地。

復合開關電路采用工作接地，電流傳感器則采用外殼接地系統。為了減少電流信號回路的電磁干擾，送入單片機的信號采用了帶屏蔽的雙絞線，雙絞線的屏蔽層連接到機殼上。

④屏蔽技術。電源變壓器采用初級間加屏蔽層接地以解決電網干擾問題。以金屬板、金屬網或金屬盒構成的屏蔽體能有效對付電磁波幅射的影響。

（4）控制器軟件部分。

除了在硬件采取必要的抗干擾措施外，在單片機程序設計中，充分挖掘軟件的抗干擾能力，采取一定的措施，將干擾的影響抑制到最小程度。

①使用監視定時器。程序在運行過程中，有時由于某種噪聲干擾的影響，會出現程序“亂飛”現象，影響系統正常工作。這種情況可采用PLC單片機內部具有的監視定時器WDT來監視系統。因為在系統正常工作時，程序每隔一定的時間清除計數器，而計數器按時針脈沖加法計數。當這一時間短于監視定時器的溢出時間時，計數器永遠不會溢出。但如果系統受到干擾時，程序的正常執行順序被破壞，便不能在計數器溢出之前清除計數器，從而不會發生計數器溢出的情況。所以可把計數器溢出作為系統受到干擾的標志。

動態無功補償控制器通過設置狀態寄存器可設置定時器溢出時間，在程序執行期間利用CLRWDT指令清除定時器，從而防止程序正常執行時的定時器溢出，并使系統復位，可有效地消除干擾的影響。

②軟件陷阱。通常CPU的ROM存儲區存在著大量的未用空間，而當程序受到干擾后，經常會跳到這些地址上。為了捕捉到這種干擾，可在這些區域設置陷阱——引導程序片段，一但程序落入這片區域時，就將其引導到特定的處理程序上而恢復正常。這種措施的優點是抗干擾、處理簡單，缺點是其與CPU未用的存儲數量有關，未用的空間越多，則捕捉到干擾的概率越大，故具有一定的局限性。

③軟件抑制電源干擾。實際運行中會有一部分電源噪聲竄入系統，造成軟件復位，擾亂程序的正常執行順序。為了抵御這種干擾，在程序的開始位置安排了一段程序，此程序可以決定復合開關的投切動作。

系統在初始化后，進入條年審查狀態，根據電壓、電流檢測單元所測的電壓、電流信號決定系統當前的工作狀態，保證系統的可靠運行。

④數字濾波?？刂破鲉纹瑱C計算吸合電壓、釋放電壓時采用數字濾波的方法，可以消除由于電子、電磁干擾造成的采樣信號不準確導致誤動作的問題。

參考文獻

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