摘要：本文通過對智能集成電力電容器研發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硬件結構，介紹了該裝置的性能，滿足現代配電網對無功補償裝置過零投切、節能、智能化的要求，闡述了該產品在配電網中應用的意義和前景。
關鍵詞：智能；集成；電容器；雙CPU；節能
1、引言
在低壓配電系統中，無功補償裝置已得到廣泛應用，無功補償裝置的電容投切技術也日趨成熟。隨著國家“十二五”規劃當中對低碳經濟與智能電網建設的要求，智能化、集成化、網絡化、可靠性、節能、環保成為智能電器發展的主流，智能集成電力電容器正是在智能電器總體發展柜架上開發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合開關。接觸器投切電容器方式隨著技術的發展已逐步退出市場。
新型智能型復合開關，在結合接觸器和無觸頭晶閘管各自的優點的基礎上，采用磁保持繼電器和晶閘管并聯的結構方式，這樣既克服了電容器組投切時的涌流現象，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用。
3、智能集成電力電容器的破件結構
智能集成電力電容器是在智能電器總體發展柜架上開發出來的全新一代低壓無功補償裝置，它由CPU測控單元、智能型復合開關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，并將其參數信號轉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，再根據控制補償規則，做出投切決策并輸出投切指令；執行單元接到指令后，通過智能型復合開關控制補償電容器組的投切；該測控單元集成了通訊模塊，實現智能電容器之間的組網、信息輸入、輸岀。（如圖1）
電網的電壓、電流分別經PT、CT接入測控單元，信號調理部分將它們轉變為小幅值的電壓信號接到DSP的ADC，經過DSP的采樣、分析、計算，根據結果，結合投切策略，自動控制復合開關投切電容器組，再將計算結果送到雙口RAM；C51單片機負責電容器的保護電路控制，負責將計算結果送到液晶顯示，同時掃描鍵盤，EEPROM記錄控制器重要參數的變動，兩個CPU之間通過雙口RAM進行數據的傳送。智能型復合開關：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，應用過零檢測技術，實現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，電源接入端子，起短路、過流保護作用。
4、性能
4.1節能環保
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，銜鐵由永磁體吸持。常規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，總容量近10億kVA，無功補償按配電變壓器平均的1/3計算，現有配電變壓器需無功補償容量3.3億kVar。
如果將現有傳統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，則一年可節電28.91億kwh，超過秦山核電站設計年發電量17億千瓦時。可減少煤耗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，減少環境污染。
4.2智能網絡控制
由于每臺電容器都帶有智能網絡模塊，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不好。
多臺智能集成電力電容器聯網使用時，會自動生成一個網絡，地址碼小的一個為主機，其余為從機，構成低壓無功自動控制系統；如果個別從機岀現故障，自動退出，不影響其余工作，如果主機故障，主機退出，在從機中產生一個新的主機，組成一個新的系統。容量相同的電容器按循環投切原則，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。通過智能網絡控制技術，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
用戶根據實際負載情況，設置目標功率因數和允許的無功功率占有功功率的比例值。以功率因數為首要目標，計算出要達到目標功率因數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，根據所需投入或切除的無功容量繼續進行電容器的投切，克服了滿足功率因數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”情況的發生。
5.2產品介紹
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、線路保護單元、低壓電力電容器等構成，改變了傳統無功補償裝置體積龐大和笨重的結構模式，是用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。
訂貨范例：
具體型號：AZC-SP1/450-10+10
技術要求：共補
通訊協議：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用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。其中串接7%電抗器的產品使用于主要諧波為5次、7次及以上的電氣環境，串接14%電抗器的產品使用于主要諧波為3次及以上的電氣環境。
訂貨范例：
具體型號：AZCL-SP1/480-50-P7
技術要求：共補，7%電抗率，銅芯
通訊協議：無
輔助電源：無
5.2.3 技術參數
①環境條件
海拔高度：≤2000米
環境溫度：-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
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》低壓并聯電容器裝置使用技術條件中對應條款要求。
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
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
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、綠色環保、年衰減率小。產品標準化、模塊化，取代了傳統的空氣開關、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量，改變了常規模式因接線復雜，一成不變的局限性，適應企業發展的需要，可以分期投資。
保障系統電壓穩定合格，提高功率因數，對投入電容器進行預測，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能。
6、應用
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，比傳統無功補償方式節省一臺柜體，其中在某工廠配電間改造的應用中還有很大的增容空間；安裝生產工時比常規無功補償裝置柜減少60 %，連接線和節點減少80%，柜內簡潔，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量，擴容方便；使用至今，該智能補償實現了設計所有 功能，運行良好，沒有岀現電力用戶經常反應的觸點燒結和電容器膨脹爆裂現象，可靠性高。
【參考文獻】
上一篇 : 淺談開合式電流互感器的工作原理及應用
下一篇 : 智能集成電力電容器在箱式變無功補償裝置中的應用
