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摘要：無功補償是降低電網損耗，提高配電效率的有效手段。本文主要對10kV柱上無功補償的現狀進行分析，提出了基于多路動態補償的思想，研制了10KV柱上兩路編碼控制動態無功補償裝置。該裝置應用單片機技術和無線通信技術，能實時地反映電網功率因數和無功的變化狀況，動態跟蹤補償10kV線路的無功，基本做到精補細補，而且具有“四遙”功能，可存儲兩個月的歷史數據，并可通過RS-232無線通訊進行參數設置和數據傳送。本裝置對于提高電壓合格率和降低網損有重大的意義。
1. 引 言功率因數和無功平衡是衡量電網質量的重要標志。我國農網普遍存在供電半徑長、電壓質量差、功率因數低的狀況。如果無功能得到有效的平衡，不僅能大大降低電網的損耗，而且對提高電壓質量具有重要的意義。但是，目前我國大部分城鄉電網功率因數偏低，無功很不平衡。因此提高電網功率因數、平衡無功、提高電壓質量、降低線損，是電力系統的一個重要課題。現今國內大部分的無功補償裝置都是并接電容器固定補償，不能實現動態跟蹤補償。另還有一部分是一路動態跟蹤補償，級數太少，不能做到精補細補。因此，如何實現無功多路補償，仍是國內外同行關注的熱點。
本文設計了一種基于兩路不等容編碼控制投切的無功動態補償裝置，它能隨電網無功的變化，實現四級補償，基本能達到精補細補的目的，使得電網的無功平衡更科學合理，因而在農網中有著廣泛的應用前景。
2. 設計思想
本文主要探討基于兩路不等容編碼投切無功補償裝置的控制原理以及實現的方法。在動態跟蹤無功補償裝置中，如果是單組的動態補償，就可根據電網無功以及電壓的狀況進行投切;如果是多組等容量投切補償，可根據循環投切的原理去設計控制策略;如果是多組不等容投切，其控制策略就要復雜得多。森寶公司之所以研發該產品，主要是以下兩方面的原因：
1) 降低成本。眾所周知，單組無功補償裝置不能做到精細補償，而多組等容的裝置雖能做到相對精細的補償，但是其電容器的組數要多，每組電容器都要配備相應的開關和保護設備，這就大大增加了設備的成本，使節能降損的先期投入成本較大，也使節能降損的效益降低。如果使用不等容投切，就可大大減少設備成本，使用戶的效益最大化。舉例說明，要補償300kvar的電容，級差為100kvar，如果采用等容投切，就需要3臺電容器和3臺開關，而如果采用不等容投切，采用補償一個100kvar和一個200kvar的方法，就只需要兩臺電容器和兩臺開關，這就節省了1臺開關和1套保護裝置的費用，并且減少了故障點。
2) 使裝置的體積減小，節省了空間，也減少故障點。高壓電容器的體積相對比較龐大，而且對絕緣距離有一定的要求，電容器的組數越多，那么體積就會大大增加，這就增加了施工成本和施工難度。而且，組數越多，裝置的故障點越多，使裝置的維護成本增加。使用不等容投切就可以減少這些問題。
基于以上思考，本文設計了兩路不等容投切的戶外高壓無功自動補償裝置。
3. 系統結構以及控制器工作原理
圖 1 系統工作原理圖
如圖1，控制柜內裝有兩臺高壓電容器和高壓真空接觸器，通過單片機控制高壓真空接觸器的開合，完成投切動作。采用高壓熔斷器為電容提供保護。PT采樣高壓電網的B、C相之間的線電壓，除了提供電壓信號，還為控制器和控制回路提供電源。CT采樣線電流，為控制器提供電流采樣信號。CT1-CT4采樣電容器電流，電容器的過流保護和缺相保護提供硬件支持。控制器將采集到的線電壓、線電流、電容器電流的信號進行分析、計算，經過判斷，輸出控制信號，控制真空接觸器關合和開斷。
4. 控制策略
在控制方式上，裝置采用了按無功投切和按功率因數投切兩種方式。用戶可以根據需要來選擇。單就補償的最終目的而言，筆者推薦使用無功來控制比較科學合理。
兩組電容器由于其容量不等，在投切時就要考慮兩個電容器的協調問題，大致來說，分
為如下幾個情況：
1) 兩組都未投入。那么則根據所選控制方式，根據實際參數量來投入合適的容量。
2) 小容量電容器已投入。如果過補，則切電容;如果需要投入的容量大于小電容器而小于大電容器，那么切電容器;如果需要投入的容量大于大電容器，那么投大電容器。
3) 大容量電容器已投入。如果過補，那么切電容器;如果需要投入的容量大于小電容器，那么投小電容器。
4) 兩個都已投入。如果過補，那么根據過補的多少，來選擇切除哪一組電容器。
5 控制器硬件電路設計
要實現自動控制，通常的做法是利用微控制器或處理器對采集來的數據進行計算，判斷，然后再對對象進行控制。在本設計中為了使采集數據更精確，軟件編程更簡潔，使用新型的智能電表芯片替代了傳統的ADC和部分MCU的工作。在軟硬件設計中注重了對動態電容器的保護，實現了10分鐘保護、過流保護、缺相保護、延時保護等多種保護功能，使得系統工作更加穩定有效。
圖2 硬件結構圖
如圖2，整體電路由AD，CPU，外圍IC器件組成。使用專用測量芯片CS5460替代了原先的ADC和部分單片機的工作，通過芯片內的硬件算法得到Irms、Vrms、P。主CPU使用51系列芯片，其內部自帶20K字節的FLASHROM和512字節的RAM，設計中，全部采用其內部的程序存儲器和數據存儲器。外圍IC器件主要包括外部擴展的一片E2PROM存儲器，它擁有32K字節的存儲空間，用來存儲參數設定值及歷史數據;時鐘芯片為系統工作提供時間參考;另外，人機接口模塊選用了ZLG7289BP鍵盤顯示管理芯片。該芯片可以同時管
