带调压器的无功补偿技术方案

自耦变压器型动态无功自动补偿技术方案

一、无功补偿参数计算：

三相总的补偿容量可以用下式计算：

112(tan tan )C Q P ϕϕ=-

其中，C Q 的单位为kvar ；

1P 为三相总的有功功率计算负荷，kW ；

1ϕ、2ϕ分别为补偿前的功率因数角和补偿后的补偿功率因数角。

当电容器组为星形接法时，则

23310C Y Q C U ω-=⨯

其中，Y C 每相电容器组的容量（uF ）；

U 为电网线电压，kV ；

当电容器组为三角形连接时，则

23910C Q C U ω-∆=⨯

其中，C ∆每相电容器组的容量（uF ）；

U 为电网线电压，kV ；

ω为电网角频率。

由以上分析可知：对于某一确定的补偿容量，当电网角频率不变，主要与电压和电容的大小有关。

二、自耦变压器型动态无功自动补偿装置

该装置主要有全数字控制系统、降压装置（调压变压器和小型电机）、电容器组三个部分构成，如图1所示。每个部分的作用分别是:

（1） 全数字控制系统: 采用高速数字信号处理器DSP 的控制系统，实时计算电

网无功，控制自耦变压器的电压输出，进而控制补偿无功功率的大小。

（2） 降压装置:将3300V 电压降到某一较低的电压（最大不超过380V ）接受来

自控制系统的信号，控制电机带动自耦变压器的触头滑动，改变自耦变压

器输出电压的大小，将3300V电压降到某一相应的低电压并发出相应的无功功率进行补偿。

（3）电容器组: 三角形连接，采用固定的电容量，改变电压来控制电容向系统提供的容性无功，提高功率因数。

图1

由于该装置的电容是固定不变的，故补偿容量取决于电网线电压。该装置采用有滑动触头的自耦变压器，控制系统通过驱动电路使电机带动触头滑动，改变电压进而实现无功补偿。由于采用了自耦变压器，故可以实现无级调压；初上电时，电压从0V缓慢上升，可以防止冲击电流出现；稳定状态下，当要补偿的无功功率改变时，再次调节逐渐改变电压，防止跃变。

工作原理：采用高速数字信号处理器DSP的控制系统，测算出补偿前的功率因数和无功功率Q，判定应投入的无功功率,推算出补偿后的电压U，控制系统发出信号，驱动电机转动逐渐改变触头位置直至到达目标电压位置，从而实现无功补偿，也可以设定上升速率，可以调至0.99.

三、无功补偿分析

先分析一下单相自耦变压器的工作原理，其原理图如图2所示：

图2

121U U k =+ ，12N k N =

，12N N N =+ 其中，1N 、2N 分别为变压器串联部分绕组线圈、公共绕组线圈的匝数；

1U 、2U 分别为变压器的输入、输出电压。

则线电压2U === 触头滑动改变2N 的大小即改变了线电压U 的大小。

对于三相自耦变压器也是如此，星形连接三相自耦变压器如图3所示。

图3

传输容量1122T P I I ==

自身容量121)B T P U U I P α-=

121

U U U α-= 下面举例分析：一台2000/6/3.3的移动变电站带有一组负载，其功率因数1cos ϕ为0.7，则最大无功补偿容量2000sin(cos0.7)1428.29C Q arc =⨯=（kvar ） 所以自耦变压器的传输容量应大于1428.29kVA ，可选择自耦变压器的传输容量为

1600kVA ，自身容量略小于1600kVA 。设定二次侧最大电压可以达到380V ，则每相需电容（三角形连接）

33

22

101428.29103500()993140.38C Q C uF U ω∆⨯⨯===⨯⨯ 确定电容后，由于在实际生产过程中无功补偿容量不会超过最大值1428.29kvar ，只可能小于这个值，因此线电压也相应地低于380V 。

初次上电时，电压从0V 缓慢上升，可以防止冲击电流出现，根据控制系统的计算结果，通过电机带动触头滑动调节电压，直至达到预定的功率因数（例如0.95）；稳定状态下，当要补偿的无功功率增大或减小时，再次调节逐渐增大或减小电压，防止产生涌流和过电压。