摘要：本文通過對智能集成電力電容器研發(fā)背景和無功補償裝置投切方式的說明，分析了智能集成電力電容器的雙CPU硬件結(jié)構(gòu)，介紹了該裝置的性能，滿足現(xiàn)代配電網(wǎng)對無功補償裝置過零投切、節(jié)能、智能化的要求，闡述了該產(chǎn)品在配電網(wǎng)中應(yīng)用的意義和前景。
關(guān)鍵詞：智能；集成；電容器；雙CPU；節(jié)能
1、引言
在低壓配電系統(tǒng)中，無功補償裝置已得到廣泛應(yīng)用，無功補償裝置的電容投切技術(shù)也日趨成熟。隨著國家“十二五”規(guī)劃當中對低碳經(jīng)濟與智能電網(wǎng)建設(shè)的要求，智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、可靠性、節(jié)能、環(huán)保成為智能電器發(fā)展的主流，智能集成電力電容器正是在智能電器總體發(fā)展柜架上開發(fā)出來的全新一代低壓無功補償裝置。
2、無功補償裝置中投切開關(guān)的特點
目前，無功補償裝置主要有4種方式來投切電容器組：普通接觸器、接觸器、晶閘管投切電容器和智能型復(fù)合開關(guān)。接觸器投切電容器方式隨著技術(shù)的發(fā)展已逐步退出市場。
新型智能型復(fù)合開關(guān)，在結(jié)合接觸器和無觸頭晶閘管各自的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，采用磁保持繼電器和晶閘管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)方式，這樣既克服了電容器組投切時的涌流現(xiàn)象，又減小了功率損耗，從而在智能集成電力電容器中得到了廣泛的應(yīng)用。
3、智能集成電力電容器的破件結(jié)構(gòu)
智能集成電力電容器是在智能電器總體發(fā)展柜架上開發(fā)出來的全新一代低壓無功補償裝置，它由CPU測控單元、智能型復(fù)合開關(guān)和電力電容器等組成，如圖1所示。
CPU測控單元：其硬件電路主要由檢測、控制、執(zhí)行及電源四部分組成。檢測部分主要是對負載的電壓和電流進行檢測，并將其參數(shù)信號轉(zhuǎn)換成控制單元所能接受的信號，控制單元由DSP完成對電壓和電流值的計算，再根據(jù)控制補償規(guī)則，做出投切決策并輸出投切指令；執(zhí)行單元接到指令后，通過智能型復(fù)合開關(guān)控制補償電容器組的投切；該測控單元集成了通訊模塊，實現(xiàn)智能電容器之間的組網(wǎng)、信息輸入、輸岀。（如圖1）
電網(wǎng)的電壓、電流分別經(jīng)PT、CT接入測控單元，信號調(diào)理部分將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樾》档碾妷盒盘柦拥紻SP的ADC，經(jīng)過DSP的采樣、分析、計算，根據(jù)結(jié)果，結(jié)合投切策略，自動控制復(fù)合開關(guān)投切電容器組，再將計算結(jié)果送到雙口RAM；C51單片機負責電容器的保護電路控制，負責將計算結(jié)果送到液晶顯示，同時掃描鍵盤，EEPROM記錄控制器重要參數(shù)的變動，兩個CPU之間通過雙口RAM進行數(shù)據(jù)的傳送。智能型復(fù)合開關(guān)：受控于測控CPU，集成C51控制器投切回路，主控回路采用雙向晶閘管和磁保持繼電器，應(yīng)用過零檢測技術(shù)，實現(xiàn)電容器組過零平滑投切，消除合閘涌流與操作過電壓，可頻繁進行投切。微型 斷路器：智能電容器電源保護開關(guān)，電源接入端子，起短路、過流保護作用。
4、性能
4.1節(jié)能環(huán)保
智能集成電力電容器采用了磁保持繼電器，電路接通后，不再消耗電能，磁保持繼電器內(nèi)，銜鐵由永磁體吸持。常規(guī)補償裝置接通補償電路需要交流接觸器，交流接觸器觸點需要電磁線圈保持，每只交流接觸器需消耗15W，每一路可接通15kVar。采用智能集成電力電容器每kVar就比傳統(tǒng)無功補償裝置減少損耗1W。智能集成電力電容器體積比其它自動補償裝置縮小50%左右，減少了大量的導線、接點、器件等電能損耗。我國目前在用的配電變壓器近500萬臺，平均容量為200kVA，總?cè)萘拷?0億kVA，無功補償按配電變壓器平均的1/3計算，現(xiàn)有配電變壓器需無功補償容量3.3億kVar。
如果將現(xiàn)有傳統(tǒng)配電變壓器無功補償裝置換成智能集成電力電容器，按lkvar省1W 算，則一年可節(jié)電28.91億kwh，超過秦山核電站設(shè)計年發(fā)電量17億千瓦時?？蓽p少煤耗109.86萬噸，減少排放CO2氣體285.64萬噸，相當于增加凈化空氣的森林面積7616.94平方公里，可減少SO2氣體排放5.7萬噸，NO1、NO2氣體排放3.36萬噸，減少環(huán)境污染。
4.2智能網(wǎng)絡(luò)控制
由于每臺電容器都帶有智能網(wǎng)絡(luò)模塊，可以形成主從自動組合模式進行投切，相當于每臺電容器都能充當控制器，實現(xiàn)了高可靠性。取消總控制器，采用分散控制模式，每組智能集成電力電容器都有控制單元，使多組電容器的自動投切擺脫了全部依靠一個控制器的情況，杜絕因控制器故障導致整個系統(tǒng)不好。
多臺智能集成電力電容器聯(lián)網(wǎng)使用時，會自動生成一個網(wǎng)絡(luò)，地址碼小的一個為主機，其余為從機，構(gòu)成低壓無功自動控制系統(tǒng)；如果個別從機岀現(xiàn)故障，自動退出，不影響其余工作，如果主機故障，主機退出，在從機中產(chǎn)生一個新的主機，組成一個新的系統(tǒng)。容量相同的電容器按循環(huán)投切原則，容量不同的電容器按適補原則投切，通訊模塊具有485通訊接口，可以接入后臺計算機，進行配電綜合管理。通過智能網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，提高了運行可靠性及電容的足量投入，延長了補償裝置的壽命。
5、安科瑞AZC/AZCL智能電容器介紹
5.1 電容投切原理
用戶根據(jù)實際負載情況，設(shè)置目標功率因數(shù)和允許的無功功率占有功功率的比例值。以功率因數(shù)為首要目標，計算出要達到目標功率因數(shù)所需投入或切除的無功容量并進行電容器的投切；當功率因數(shù)滿足條件時，計算無功功率是否滿足條件，如果不滿足條件，根據(jù)所需投入或切除的無功容量繼續(xù)進行電容器的投切，克服了滿足功率因數(shù)條件但無功功率仍很大的弊端。由于兩者都是以無功功率為控制量，因此避免了“投切震蕩”情況的發(fā)生。
5.2產(chǎn)品介紹
5.2.1 AZC系列智能電力電容補償裝置由智能測控單元、投切開關(guān)、線路保護單元、低壓電力電容器等構(gòu)成，改變了傳統(tǒng)無功補償裝置體積龐大和笨重的結(jié)構(gòu)模式，是用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。
訂貨范例：
具體型號：AZC-SP1/450-10+10
技術(shù)要求：共補
通訊協(xié)議：無
輔助電源：無
5.2.2 AZCL系列智能集成式諧波抵制電力電容補償裝置是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。其中串接7%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為5次、7次及以上的電氣環(huán)境，串接14%電抗器的產(chǎn)品使用于主要諧波為3次及以上的電氣環(huán)境。
訂貨范例：
具體型號：AZCL-SP1/480-50-P7
技術(shù)要求：共補，7%電抗率，銅芯
通訊協(xié)議：無
輔助電源：無
5.2.3 技術(shù)參數(shù)
①環(huán)境條件
海拔高度：≤2000米
環(huán)境溫度：-25～55℃
相對濕度：40℃，20～90%
大氣壓力：79.5～106.0Kpa
周圍壞境無導電塵埃及腐蝕性氣體，無易燃易爆的介質(zhì)
②電源條件
額定電壓：AC220V（AZC）或AC380V（AZC/AZCL）
允許偏差：±20%
電壓波形：正弦波，總畸變率不大于5%
工頻頻率：48.5～51.5Hz
功率消耗：<0.5W（切除電容器時），<1W（投入電容器時）
③安全要求
滿足《DL/T842-2003》低壓并聯(lián)電容器裝置使用技術(shù)條件中對應(yīng)條款要求。
④保護誤差
電壓：≤0.5%
電流：≤1.0%
溫度：±1℃
時間：±0.01s
⑤無功補償參數(shù)
無功補償誤差：≤電容器容量的75%
電容器投切時隔：>10s
無功容量：單臺≤（20+20）kvar
⑥可靠性參數(shù)
控制準確率：*
電容器容量運行時間衰減率：≤1%/年
電容器容量投切衰減率：≤0.1%/萬次
年故障率：0.1%
5.2.4 優(yōu)勢
AZC/AZCL系列智能電容器本體采用品牌特制干式自愈式電容器，無泄漏、整體阻燃防暴、綠色環(huán)保、年衰減率小。產(chǎn)品標準化、模塊化，取代了傳統(tǒng)的空氣開關(guān)、交流接觸器、可控硅、熱繼電器、電容器，將其功能合為一個整體，發(fā)熱量小，組屏安裝的時候采用積木堆積方式，電容器損壞時只需單體簡單快速更換。產(chǎn)品體積小、接線簡單，隨著用電用戶電力負荷的增加，可以隨時增加電容器的數(shù)量，改變了常規(guī)模式因接線復(fù)雜，一成不變的局限性，適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的需要，可以分期投資。
保障系統(tǒng)電壓穩(wěn)定合格，提高功率因數(shù)，對投入電容器進行預(yù)測，若投入電容器過補，則不投入，避免無功超額而罰款；控制可靠性*，提高配變有功出力，減少增容投資降損節(jié)能。
6、應(yīng)用
2010年9月，新型智能集成電力電容器在聊城某有限公司與新建居民小區(qū)投入使用，累計投入20kVar智能集成電力電容器42路，30kVar智能集成電力電容器10路，共采用四臺無功補償柜體組屏安裝，比傳統(tǒng)無功補償方式節(jié)省一臺柜體，其中在某工廠配電間改造的應(yīng)用中還有很大的增容空間；安裝生產(chǎn)工時比常規(guī)無功補償裝置柜減少60 %，連接線和節(jié)點減少80%，柜內(nèi)簡潔，在使用場快速組裝；隨著電力用戶用電負荷的增加，可以隨時增加電容器的數(shù)量，擴容方便；使用至今，該智能補償實現(xiàn)了設(shè)計所有 功能，運行良好，沒有岀現(xiàn)電力用戶經(jīng)常反應(yīng)的觸點燒結(jié)和電容器膨脹爆裂現(xiàn)象，可靠性高。
【參考文獻】
