摘要 提出了满足分相、分级、快速补偿要求的实用主电路，能有效地限制合闸涌流，抑制高次谐波。给出了以工业PC机为核心的控制器的硬件电路、快速检测无功的方法、晶闸管触发信号的控制要求,以及补偿装置的闭锁条件，解决了控制器应满足实时检测、快速响应和高可靠性等实际问题。详细说明了这种新型补偿装置的主电路、消除合闸时暂态过程的理论和方法，给出了实验结果。结果表明,这种装置在理论上是正确的，实践上是可行的，已用于研制的补偿装置。文中所提的方法原则上可用于高电压等级中的补偿。
关键词 无功补偿 电容器 晶闸管 工业计算机
PHASE－SPLITTING REACTIVE POWER COMPENSATION
OF FIRST HARMONIC IN LOW VOLTAGE DISTRIBUTION NETWORK BY COMPUTER CONTROLLED THYRISTOR SWITCH
Chen Yunping Liu Huijin Peng Hui Fu Lijun Chen Qiongqiong
School of Electric Engineering, Wuhan University of Hydraulic & Electric Engineering
Wuhan, 430072 China
ABSTRACT Dynamic phase－splitting compensation is the developing direction of reactive power compensation on the spot in low voltage distribution network. In this paper a practical main circuit is presented which can meet the need of phase－splitting, grading and fast compensation. This circuit can effectively suppress either the surge current at the instant of switching on the capacitors or the higher harmonics. The hardware of circuit of the controller based on industrial computer, the method of rapid measurement of reactive power, the control requirements on trigger pulse of thyristor and the shutoff conditions of the compensator are given. The practical problems, such as real－time detection, fast response and high reliability, have been solved. The main circuit of the new－style device and the theory of removing the effect of transient process at the instant of switching are illuminated and the result of experimentation is given. The result shows that this device is theoretically correct and feasible in practice. This device is used in the compensator developed by the authors. The method proposed in this paper can be used in high－voltage reactive power compensation in principle.
KEY WORDS reactive power; compensation capacitor; thyristor; industrial computer
目前，低压并联电容器组大多采用三角形接法［1］，无功补偿均为静态补偿，以交流接触器作电力电容器的投切执行元件，投入时冲击电流大，切除时会产生过电压，自身触头易损甚至熔焊，噪声大，而且投切时间长。在控制环节上基本不能满足分相、分级、快速及跟踪补偿的要求。
基于上述问题，低压配电网应采用动态补偿。动态补偿是以晶闸管作为执行元件，用工业PC机进行控制，通过跟踪检测负荷的无功电流或无功功率，对多级电容器组进行分相投切。补偿效果快速、准确、安全、洁净及易于控制。此外，还可以对不平衡的无功功率进行完全补偿，这是以往的补偿装置难以胜任的。
1 主电路
主电路设计除了满足分相、分级和快速补偿要求外，还应考虑限制并联电容器组的合闸涌流和抑制高次谐波等问题。
三相电力电容器接成星形以满足分相补偿的要求，使电源变压器输出的有功功率最大。本装置的优点是不但可以补偿正序性质的无功功率，而且可以补偿零序回路的无功功率。如果补偿电容器为三相对称三角形接法，而电源变压器所接的三相负载又不对称，当补偿后三相总功率因数等于1时，就会出现有的相欠补偿，有的相过补偿。欠补偿时，受电端电压低于送电端电压；过补偿时，受电端电压高于送电端电压。考虑到线路电压损失，一般送电端电压要高于额定电压5%～10%。在过补偿的情况下，再加上电压升高，则受电端电压超过额定电压的数值就远远大于10%。如果电容器并联于变压器的二次侧，变压器的阻抗也要计入线路的阻抗，于是受电端电压将升高得更多。运行电压的升高，对电力电容器及整个系统的安全运行会产生极不利的影响。另外,三相不对称负载采用三相对称三角形接法的电力电容器组进行补偿，则变压器的容量得不到充分利用。星形联接电容器组的每相电容器按二进制1∶2∶4∶8关系分四组进行补偿，以提高静态补偿精度。不同组的电容器容量不同，晶闸管的额定电流也不同。主电路如图1所示，图中每相只画出其中的两组。
图1 主电路图
Fig.1 The main circuit
晶闸管作为无触点开关，能快速通断，不存在电弧及噪声等现象，安全可靠，使用寿命长。如果导通角选择合适，则电容器投入时不会产生冲击电流（合闸涌流），电容量分级补偿可以一步到位。采用晶闸管开关，电容器无需放电即可重投，动态响应时间在1个周期（20ms）之内，能实现快速、准确地跟踪补偿，从而提高电网的供电质量。
在事故状态下和晶闸管误触发时，并联电容器组合闸，将会产生幅值很大、多种频率的合闸涌流。当电源电压波形发生畸变时，由于谐波频率高，电容器的阻抗减小，通过电容器的电流会加大；另外，电容器组在存在谐波的电网中，可能会遇到谐振，使电容器组中电流增大几倍到十几倍。为了限制并联电容器组中的合闸涌流，抑制高次谐波，主电路中应加装串联电抗器。为了抑制3次以上的高次谐波，串联电抗器电抗值选择为电容器组容抗值的13%，即XL＝0.13XC。电流过大时，带铁芯的电抗器铁芯会饱和，影响限流效果。因此，串联电抗器应选择空芯电抗器，且安装布置在电容器组的电源侧，即母线侧。
通常我国低压采用三相四线制TN-C系统供电。其特点是工作中性线N与保护接地线PE合为一根PEN线，所有设备的外裸可导电部分均与PEN线相连。当三相负荷不平衡时，PEN线上有电流通过。分相补偿时电容器频繁投切引起的三相不平衡合闸涌流，可使PEN线过负荷发热，引起零电位漂移，危及人身安全，影响用电设备的正常工作。例如，影响计算机系统的正常工作等。所以，除了串联电抗器以外，还应尽可能降低星形接法电容器中性点的接地电阻，以保证由三相不平衡合闸涌流引起的零电位漂移较小
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