1、概述

　　近年來，隨著城鄉(xiāng)電網改造的實施和深入，在0.4kV級電網上安裝低壓動態(tài)無功補償裝置，可以提高供電質量、挖掘供電設備的潛力、降低線損等越來越被大家所共識。低壓動態(tài)無功補償裝置一般由微控制器、投切電容器用開關、電容器組、空氣開關、熔斷器、不銹鋼殼體等組成。但其中多數是技術水平低，缺乏較齊全的檢測設備，生產量小，質量難以保證，尤其作為無功補償裝置關鍵單元的控制器和投切電容器的開關更是差異懸殊。

　　2、無功補償的意義和原理

　　配電網中負荷無論是工業(yè)負荷還是民用負荷，大部分是感性負荷。感性負荷是指具有電感效應的負載，如電動機、接觸器、繼電器、冰箱空調的壓縮機、日光燈的電感鎮(zhèn)流器等。 它們運行時需從電網吸收大量無功功率，致使電網功率因數、電能質量降低，電網中安裝并聯電容器補償裝置后，它可以減少電源向感性負荷經由輸電線路輸送的無功功率。

　　電網中感性負荷等效電路可看作電阻R和電感L串聯的電路，功率因數

　　式中 XL=WL

　　將R、L串聯電路與電容C并聯之后，電路如圖1-a所示，該電路電流方程為：

　　圖1 并聯電容補償無功功率的電路和向量圖

　　a）補償電路 b）相量圖（欠補償） c）相量圖（過補償）

　　由圖1-b的相量圖可知，并聯電容后，電壓 與 的相位差變小，即供電回路的功率因數提高了。此時供電電流的相位滯后電壓，若電容C的容量過大，使供電電流的相位超前于電壓，其向量圖如1-c所示。這會引起變壓器二次側電壓抬升；電容器溫升升高，電容器本身的功率損耗增大，電容器使用壽命縮短；容性無功在線路上傳輸也會增加電能損耗。

　　3、無功補償裝置結構和主電路

　　補償裝置主要由柜體、控制器、空氣開關、避雷器、電容器、熔斷器和復合開關等組成。其主電路圖如下：

　　圖2 無功補償裝置主電路

　　4、智能控制器

　　現在多數廠家的控制器，其缺點是：①硬件資源有限，指令功能、運算能力弱。②其外擴芯片多，控制器整體結構復雜，可靠性降低；③控制策略單一，遙信能力弱：控制器控制策略是以功率因數為依據，或以無功控制為依據，這種簡單控制策略容易導致電網輕載時控制器誤動作，使線路過補；④控制器保護功能不完善。

　　鑒于目前無功補償裝置的現狀，本文在比較了多種無功補償裝置的優(yōu)缺點后，研制了一種基于數字信號處理器為的智能低壓無功補償裝置控制器。

　　TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定點DSP控制器，它采用了高性能靜態(tài)CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns（40MHz），從而提高了控制器的實時控制能力；集成了32K字的閃存（可加密）、2.5K的RAM、500ns轉換時間的A／D轉換器，片上事件管理器提供了可以滿足各種電機的PWM接口和I／O功能，此外還提供了適用于工業(yè)控制領域的一些特殊功能，如看門狗電路、SPI、SCI和CAN控制器等，從而使它可廣泛應用于工業(yè)控制領域。

　　控制器采用TMS320LF2407A芯片。①其內部包含硬件乘法器、累加器、算術邏輯單元、輔助算術單元等多個處理單元；②可獨立訪問64K字節(jié)的程序存儲器與數據存儲器空間；③內部總線采用并行體系結構，系統(tǒng)中設置了程序讀總線、程序地址總線、數據讀總線、數據寫總線；④特殊的DSP指令具有單周期乘、加運算；⑤FFT倒位序變址尋址能力以及單周期指令執(zhí)行時間為25nS和豐富的集成外設接口。

　　控制器通過采集三相電壓、電流，利用FFT變換算法，得到電網三相功率因數、電壓、電流、有功功率、無功功率、2到13次諧波含量、有功電度、無功電度、電壓，電流畸變率；具有存儲每日整點功率因數、電壓，電流值、停電，來電時刻及累計停電時間功能；整點指定日諧波數據；數據存儲期為2個月；128X64大屏幕液晶顯示全中文操作界面、數據，便于用戶操作；具有RS-232、RS-485通訊物理接口，可實現遙信或近距離無線通訊，真正做到了無功補償自動控制與配電參數綜合測控一體化，為城網改造提出的配網自動化、遠程通訊、無人值守等奠定了軟、硬件基礎。 控制器硬件結構框圖如圖：

　　圖3 控制器硬件結構原理圖

　　軟件編制總體結構框圖和部分模塊流程圖如下

　　圖4 軟件總體結構框圖

　　圖5 底層驅動模塊流程圖

　　5、并聯電容器用的投切開關

　　在0.4kV級的配電網中，目前無功補償裝置投切電容器開關是用接觸器或晶閘管實現的。若用接觸器投切電容器，缺點是：，1，投入電容時，由于很難控制在電壓過零時投入，因此易產生涌流、觸點間打火、燒損觸頭；，2，切除電容器時又不易控制在電流過零切除；，3，過大的涌流還會對電容器造成損害，縮短電容器使用壽命；4，功耗大，且隨電容電流的增大而增大；，5，晶閘管電路本身是諧波源，大量使用對低壓電網易造成諧波污染。

　　復合開關主要有控制板，晶閘管與磁保持繼電器組成，原理框圖如圖3-1所示：

　　圖6 復合開關模塊原理框圖

　　復合開關投入電容器過程：配電綜合控制器發(fā)出觸發(fā)信號給復合開關，復合開關控制板接到信號后，開始檢測電壓過零點，并在電壓過零時使晶閘管接通主回路，磁保持繼電器經一定延時后，在等電勢情況下吸合。由于晶閘管是無觸點開關，且零電位投入，正常工作后，由于繼電器觸點電阻遠小于晶閘管電阻，電容電流經過磁保持繼電器觸頭進入電網。

　　復合開關切除電容器過程：控制器輸出的觸發(fā)信號消失后，磁保持繼電器在等電位情況下先斷開，晶閘管經延時后，在電流過零時斷開。

　　這種投切開關是充分吸收了無觸點開關晶閘管和繼電器各自的優(yōu)點，因而開關使用壽命長，功耗低。

　　6、運行情況

　　利用以上相關技術，產品投入市場2年來，現場運行情況一切正常，受到了用戶一至好評。下面是西安市供電局在幸福路10#桿掛網的一臺無功補償裝置運行情況記錄。

　　表1：幸福路10#桿無功補償裝置運行情況