配电系统电容电容器柜投切自动控制

配电系统电容电容器柜投切自动控制
摘要：随着全球经济化时代的到来和人民生活水平的日益提高,各电力用户对供
电质量的要求将会越来越高,而企业为了自身的经济效益和服务信誉,也必须保证
所供产品的质量。

电压作为衡量供电质量的重要指标之一,对电网稳定及电力设备
安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都
有着直接的影响。

关键词：电容器柜；投切
1 前言
电容器在提高功率因数、减少电能损耗以及改善电压质量等方面发挥重要作用，随着电容器的广泛应用，配电系统空载或轻载时电容器的投切等问题也日益
突出。

电容器日常投切控制一般由专业厂家生产的智能无功功率补偿控制器控制。

电容器生产商特别提示，配电系统空载或轻载时必须切除电容器，但日常生产管
理中，作为成套设备采购的电容器柜一旦投入运行，很多用户听任设备自主运行，配电系统空载或轻载时不采取手动方式停比电容器柜运行，无视电容器生产商的
提示，造成不必要的损失。

2 投切电容器装置分类
可按以下2种方式分类,一种是根据控制开关来分类,可分为晶闸管投切电容
器装置(TSC)和开关或接触器投切电容器装置。

另一种是根据使用地点来分类,可分为变电站用自动投切电容器装置、线路用自动投切电容器装置和针对某种用电设
备而设置的自动投切电容器装置。

晶闸管投切电容器装置(TSC)无机械磨损,响应速度较快,然而其控制系统较复杂,对高压系统需采用晶闸管串并联技术,晶闸管的隔离触发也较复杂,不仅降低系
统的可靠性,而且成本较高。

目前在技术和经济两方面的问题制约下,此类装置尚
不能被用户普遍接受。

真空接触器投切电容器组具有控制简便、耐频繁操作、灭
弧室不需检修的优点,适用于负荷波动较慢的变电站、线路及用电设备。

具有结构
简单、性能稳定、成本低廉的特点,具有广阔的应用前景。

线路及用电设备的补偿可采用按无功功率或电压的变化进行控制的自动投切
电容器装置。

这种方法具有简单易行的优点。

变电站用自动投切电容器装置通常
需对电压及无功进行综合控制,其实现对计算机水平、数据库技术、通信、实时监
控等软硬件技术有较高要求,技术较复杂。

自动投切电容器装置比较典型的控制方
法有以下几种:
2.1 按功率因数、无功功率或电压高低调节
根据功率因数、无功功率或电压的变化自动投切电容器组,使功率因数维持在
某一整定的范围内实现无功补偿。

虽然方法简单易行但未考虑变压器分接头调节,
无功补偿效果较差。

2.2 基于人工智能的动态规划方法
通过人工智能的方法寻找一组变压器分接头和电容器组投切变量使电压变化、功率因数在限定值范围内有最佳调整方法。

受到计算机水平、数据库技术、通信、实时监控等软硬件技术的限制,至今尚无成熟的适用于我国电力系统的全网智能动
态规划系统。

2.3 传统九区图法
按电压和无功上下限值将电压-无功平面划分为9个区域,各个区域对应不同
的控制策略。

实际运行时,系统根据电压无功运行区域采取相应的控制方法。

其控
制简单有效,但实际使用时会出现投切震荡,需作改进。

其具体的控制方法与改进
的九区图法类似。

2.4 基于模糊控制的九区图法
模糊控制适用于不确定、有不同量纲、互相冲突的多目标优化问题。

电力系
统无功调节对电压会产生影响,因此可考虑采用无功模糊边界的调节方法。

将电压
状态引入无功调节判据,把原先固定的无功上下限边界变为受电压影响的模糊边界。

根据模糊控制策略,无功调节按照新Q限值,新边界的斜率也可随电压状态灵
活的改变。

这种方法充分考虑电压无功动态平衡,可减少设备的动作次数,保证电
容器和分接头动作合理有效,避免不必要的分接头调节。

电压无功控制(VQC)的实
现方式有下列3种:
2.4.1 基于变电站自动化系统的VQC无人值班变电站一般有用于当地及远方
监控的自动化系统或具有“三遥”功能的RTU装置,他们有完善的I/O (输入/输出)功能,包括对测量量及信号量的采集。

该装置也具备控制变压器分接开关、电容器开
关动作的功能。

在此装置的基础上添加相应的电压无功控制模块到变电站自动化
系统软件中,将系统采集到的信息进行计算分析,输出控制命令到被控对象,即可实
现电压无功调节,主要有:
(a)VQC运行软件安装在变电站后台监控计算机上成为变电站后台监控系统的
一个子模块,利用变电站后台监控系统实现电压无功调节。

(b)在变电站自动化系统网络上挂一独立工控机,用于运行VQC软件。

2.4.2 VQC专用独立式成套装置
该装置输出输入部分是自带的,不受其他系统的影响,可靠性高,但所需敷设的
电缆较多,安装调试麻烦,其功能改变与扩充困难。

2.4.3 半独立式VQC控制方式
将变电站自动化装置提供的信息经VQC专用装置处理后直接输出控制。

该装
置输出部分是自带的,输入部分基于变电站自动化系统装置。

3 电容柜补偿容量和补偿侧的确定
根据低压配电系统运行的实际情况，电容柜无功补偿量通常是变压器额定容
量的25%~35%，在某些情况下，可达45%~55%。

电容柜的补偿方式通常有三相共补、分相补偿和混合补偿3种方式，其中，三相电容共补方式主要使用于三相电
负荷保持平衡的低压配电系统。

由于三相回路都保持在平衡状态，加之各个回路
中的无功电流都是相同的，在进行电容补偿时，调节无功功率的电信号取自于三
相中的任意相，通常情况下，三相电容时能够保证低压配电系统的稳定运行。

分
相补偿则常用于民用建筑中，主要是保障居民日常用电。

而混合电容补偿是在补
偿容量超过70kVA时，具有明显的经济效益，可以更好地弥补三相不平衡的缺陷，极大地降低低压配电系统的运行成本。

电容器理想的安装位置是哪里存在无功就在哪里进行补偿，但是在实际的电
网系统中是很难做到的，这主要是因为无论是变压器还是各种负载在运行的过程
中都会产生无功，在实际运行中主要是在以下位置进行电容补偿装置的安装：变
电站电容集中补偿、电负荷电容集中补偿、用户侧电容集中补偿和配电线路电容
集中补偿。

对于电力系统来说，在其高压侧和低压侧都能够进行无功补偿，如果
在高压侧系统前进行电容补偿，虽然能够满足供电部门对于功率因数的要求，但
是并不能对分支线路进行电容补偿，这就会造成低压配电线路中的无功电流比较
大，而由于输电线路的横截面和配电开关容量并不能减小，所以不能对整个低压
系统的配电质量进行保证。

而在低压侧进行无功补偿，不仅可以明显地减少变压
器和线路的电量消耗，还能够有效地提高变压器和线路的利用效率，提高负荷端
的端电压，不难发现，如果电容柜的安装位置靠近负荷端，那么对于用户来说，
就可以获得显著的经济效益。

一般来说，低压配电系统的功率因数都在0.9以上，如果功率因数过低，就
必须在低压配电系统中加装电容柜进行无功功率补偿，进而提高功率因数。

现阶段，一般在低压配电系统中采用并联电容柜的方式进行集中无功补偿，从而能够
极大地减少对变压器和输电线路的投资成本，并且还可以提高低压配电系统的输
出能力。

4 结束语
电容柜是低压配电系统中的关键设备，能够显著地改善低压系统的功率因数，有效地避免过补偿和欠补偿现象的发生，提高低压配电系统的运行效率，显著地
降低电力输送的投资成本，减少电能的损耗，还能够为用户提供稳定的电力供应，具有较好的经济效益，助力绿色电力的普及使用。

参考文献：
[1]真空断路器投切电容器组性能的现状与对策[J].李电,金百荣,洪金琪,秋勇.高压电器.2003(05)
[2]可投切电容器组模型建立的研究[J].杨昆.广西电力.2011(04)。