新型智能电容投切复合开关设计论文

新型智能电容投切复合开关设计论文【摘要】基于原理开发的智能电容投切型复合开关，具有对低压配电网无功功率进行自动动态跟踪补偿功能，同时具有投切电容时无涌流、电容超温报警等特点，投入市场运行，对于改善配电站电压质量和提高配电站监控可靠性具有明显的社会效益和经济效益，具有广阔的市场前景。0引言目前国内外在无功功率补偿和谐波治理方面都已经积累了比较丰富的经验，并且国内外均有比较成熟的产品，无功功率补偿通常采用投切电容器的方法，谐波治理通常采用无源或有源滤波器来实现谐波的治理，无源滤波器主要是由电抗器和电容器串联构成，具有结构简单、易于实现等优点，但是其滤波效果依赖于系统阻抗特性。而有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的巨大技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不现实，这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器具有成本高，这一点是限制有源电力滤波器推广使用的主要原因，因此，无源滤波器目前使用还比较普遍。在工业、企业供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负载，这些用电设备在运行时除了从供电系统取用有功功率外，还取用相当数量的无功功率。有些生产设备（如轧机，电弧炉等）在生产过程中还经常出现无功冲击负荷，这种无功冲击负荷比正常取用的无功功率可能增大5～6倍。从电路理论知道，无功功率的增大使供电系统的功率因数降低。功率因数的降低将致使：（1）电网回路中功率损耗增大；（2）电网回路中电压损失增大；（3）供电设备的供电能力下降，电能成本增高。国家为了奖励企业提高功率因数，在按两部电价制收电费时，规定了依照企业功率因数的高低而调整所收电费额的附加奖惩制度。由于电网负载情况复杂，绝大多数电网都需要同时进行无功功率补偿和谐波治理，这样就需要两套装置，况且直接将电容器并联在电网上进行无功补偿，电网上将会产生一定的谐波放大，在并联电容器的回路中串联电抗器是非常有效和可行的方法解决谐波放大问题，若电抗器的电抗率选择合适又可以抑制高次谐波的作用。因此，目前国内电网无功补偿装置都是将固定的电抗器串联于电容器回路中，这样不仅能对电网中无功功率进行补偿，还可以抑制电网中的谐波。而实际电网中负载是在不断变化的，功率因数也随时在变化，为了适应电网变化的功率因数，就要求采用多组电容器分组投切，以达到对电网功率因数进行动态补偿的目的。回顾我国在无功补偿领域所使用的电容器投切开关，历经了三个革命性的阶段，以原始的手动投切到交流接触器的自动投切；从交流接触器的投切到无触点开关过零投切；从无触点开关投切到智能复合开关即具触点通流功耗低的特点，又具无触点开关过零投切无涌流，无过电压的优点，但是也存在当电网谐波含量较高时无法正常工作的问题，而智能消谐型复合开关与交流接触器，可控硅和复合开关等开关元件相比较主要优点是将谐波抑制器和复合开关结合起来，解决目前现有复合开关应用中存在的问题，使智能消谐型复合开关应用范围更加广泛，目前国内无功补偿电容器投切装置所使用的开关元件比较：（1）电磁式接触器：由于电容器投切过程中产生较大的涌流和过电压，会导致接触器的触头烧结和电容器击穿，接触器本身和电容器的寿命较短，不适合频繁工作，但通流时功耗低，比较适合负荷波动不大的场合。（2）晶闸管无触点开关：晶闸管无触点开关投切电容器是利用电子开关反映速度快，采用过零触发电路，导通无涌流，切断无过电压的特点，但是，开关运行时会发热，需风机冷却，同时产生谐波污染电网，结间会产生一伏左右的压降，自身功率消耗大。（3）复合开关：复合开关是将高耐压大电流可控硅与磁保持继电器的触点相并联，通过微电脑控制，自动寻找最佳投入点和最佳切除点，实现电压过零投入和电流过零切除，通断瞬间由可控硅完成，运行通流由磁保持继电器经脉冲电压触发使触点吸合而完成，低功耗、不发热、无谐波、安全可靠；投切速度介于接触器和晶闸管无触点开关之间，适用范围大，但是该产品存在当供电网络存在谐波时，过零点出现畸变时无法跟踪过零点，导致复合开关无法正常工作。1智能电容投切型复合开关的总体结构智能电容投切型复合开关主要包括电抗器、电容器和智能复合开关，电抗器、电容器和智能复合开关串接在一起，电抗器采用非晶合金材料，窄截面，具有大电流时处于饱和状态特点，从而限制投切电容瞬间产生涌流，尤其是在电网质量恶略的情况下，采用饱和电抗器可以在投切电容偏离过零点时，抑制涌流的产生。2复合开关硬件电路的设计智能消谐型复合开关硬件电路主要包括控制输入电路、工作状态指示电路、温度检测电路、485接口电路、微处理器电路、可控硅驱动电路、可控硅过零点采集电路、继电器驱动电路和继电器，如图1所示，温度采集电路用于监测电容器的温升，当温升大于允许值时，退出电容器，达到延长电容器使用寿命的目的，投切电容时采用过零投切，减少投切瞬间产生涌流。3投切开关工作原理无功功率自动补偿系统主电路主要由复合开关连接电力电容器构成，电路结构图如图2所示。Q为双向晶闸管，K0为继电器（可以选用交流接触器或磁保式继电器等），它们一起构成复合开关。Ra为限流电阻，采样过零信号时保护光电耦合器。C为需要投切的电力电容器，R1、C1组成阻容保护电路，防止晶闸管过电压，工作时电容C1吸收过电压，然后通过电阻R1释放掉，IC1为光电耦合器和二极管D2组成方波电路，用于采样电压过零点信号，送到单片机I/O口，R0为限流电阻，E3、E4为接入电网端子。4结论基于上述原理开发的智能电容投切型复合开关，具有对低压配电网无功功率进行自动动态跟踪补偿功能，同时具有投切电容时无涌流、电容超温报警等特点，投入市场运行，对于改善配电站电压质量和提高配电站监控可靠性具有明显的社会效益和经济效益，具有广阔的市场前景。参考文献⑴王见乐，王林虎.基于DSP的低压动态无功补偿装置的研制〔J〕.华北电力技术，2005（1）.⑵李民族，唐晓玲，李颖，等.新型电容无功补偿方法及其接线[J].电网技术，2004，28（16）：64-68.⑶TANGXin.Highpowerseriesresonantinjectingtypehybridactivefilter[D].Changsha：CentralSouthUniversity，2005.⑷孙宏国.动态无功无级柔性补偿控制系统的研究[J].电力自动化设备，2002，22（12）：30-31.