(华北水利水电学院 电力学院，河南 郑州 450011)
摘 要：文章根据现有无功补偿装置特点，提出了一种基 于集成结构的低压无功补偿方式。该方式具有体积小、补偿精度高、控制方便等诸多优点。
关键词：无功补偿；集成结构；低压配电网
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)01—0088—02
无功功率补偿是保持电网高质量运行的一种重要手段。电力系统的无功功率与有功功率一样 在每一时刻必须保持平衡，要想维持负荷的电压水平就必须供给相应于该电压水平的无功功 率。从根本上说，要维持整个系统的电压水平，就必须有足够的无功电源来满足系统负荷对 无功功率的需求和补偿无功功率的损耗。如果系统无功电源不足，则会使电网处于低电压水 平上的无功功率平衡，即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。同 样，如果由于电网缺乏调节手段使某段时间无功功率过剩，也会造成整个电网的运行电压过 高。若要进一步提高线路的电力输送能力和输电系统的可靠性，采用具有优良的电压维持功 能的无功功率补偿装置是非常必要的。而在各类型的补偿装置中，并联补偿由于具有可靠性 和性价比相对较高的特点，得到电力工业界的广泛认同。并联补偿不会改变电力系统的结构 ，接入方式简单，可以在系统正常运行时接入系统，通过调节并联补偿，可以将并联补偿接 入造成的影响尽量减到最小，许多情况下可以做到无冲击投入运行和无冲击退出运行。由于 电力系统对安全稳定运行的要求很高，因此并联补偿的这个特点使其得以广泛应用。并联补 偿在电力系统中的广泛应用，将大大提高电力系统的安全稳定性，供电可靠性和运行效率， 同时大大提高供电系统的电能质量。
1 低压无功补偿现状
目前，应用于城市、农村、企业等的10kV以下的低压配电网，由于管理的不到位，造成无功 不足，有功损耗增大，公用变压器利用率不高等情况。这直接影响了对用户的供电质量、供 电可靠性、线损等经济技术指标。因此无功补偿装置在低压配电网中的应用是很重要的。
低压无功补偿装置对低压电网具有减少线损、提高电压质量以及提高变电设备的负载能力。 当前的低压无功补偿装置在控制器、投切开关或电容器设计方面存在一定的不足，致使补偿 装置损坏率较高，控制效果不好。无功补偿装置的控制器以往只采集一相电流，以功率因数 作为判据，在轻载时，会造成电容器投切开关的振荡和频繁投切，使投切开关的寿命缩短。 当负荷改变时，会出现“欠补”或“过补”现象，反而使系统电能质量降低。补偿装置在制 造过程中为降低成本，使控制器的质量不符合标准，使整个补偿装置不能发挥应有的作用。 现行的低压配电网广泛采用接触器作为投切开关。这种投切开关具有成本低，可方便操作 等 优点，但却给电网带来较大电流冲击。而高压电网中普遍采用的真空断路器作为投切开关， 在低压电网中使用会使成本增加较多。新型无功补偿装置多采用晶闸管作为电容器投切开关 。这使无功补偿装置可实现无功的动态补偿，涌流小，无电弧。但在实际应用中，单独使用 晶闸管作为投切开关还是出现了一些问题。如晶闸管不耐高温，在户外使用会造成能源浪费 ；晶闸管误触发的情况常易发生。根据以上问题制造商推出了复合型电容投切开关，但仍然 存在晶闸管误触发的问题，晶闸管误触发的问题与控制核心密切相关。通常，无功补偿装置 的电容器多采用分步补偿。若采用三角形接线的电容器，在电容投入或切除时仍会出现冲击 电压，对投切开关和电容器都会造成不利影响。因此，低压无功补偿装置的控制技术，各器 件的质量、结构及补偿精度都有待进一步提高。
2 集成无功补偿装置原理
随着半导体及其集成技术、电子科学与技术、计算机科学与技术和现代通讯产业的高速 发展，使得电力电子技术具有越来越广泛的应用。来源:www.tede.cn根据现有无功补偿装置 存在的问题，将电力电子集成理论运用到无功补偿之中，我们提出了集成结构的无功补偿技 术的概念，以此实现高效、优质的无功补偿。通过集成，可以将现有控制装置设计过程中所 遇到的元器件、电路、控制等方面的技术问题得到有效的解决。
集成装置是将几十个甚至数百个同样容量的小电容器集成在一块电路板上，利用集成晶闸管 对其进行控制，将保护、控制、采样和驱动电路集成到另一电路板上，将这些集成电路拼装 成形成完整的无功补偿装置。这种集成方法可以较好地解决无功补偿所遇到的各种问题。单 片机89C51作为控制核心，通过单片机模块的标准接口控制晶闸管的通断，实现电容的投切 。这样，该装置只需要通过软件编程就可以实现电容器的灵活投切。
3 基于89C51单片机集成无功补偿装置的实现
集成无功补偿装置采用无功功率作为补偿依据。利用数模转换器采集三相电压和电流信号。 它将数字量的电压与电流信号送给89C51单片机，由单片机计算出无功功率，以控制晶闸管 的通断。在三相电路对称情况下，设采样电压为BC相间的线电压，采样电流为A相电流，每 个正弦周期采样点数为N，则计算公式为：.gif)
计算公式中ubck为第k个采样点BC相线电压，iak为第k个采样点A相相电流。
将无功功率作为补偿依据，不会造成轻载时电容器的频繁投切造成的振荡，控制精度高，响 应速度快，这将使低压配电网系统的电压稳定。补偿装置的结构方框图如图1所示。 
集成无功补偿装置最突出的特点就是采用了集成结构的电容模块，即将传统的大容量的补偿 电容转换为一系列的小电容并集成在一起，由集成化的晶闸管模块作为投切开关。这就使得 电容在投入或退出时产生的冲击电流大大减小，对其他器件和控制设备起到很好的保护作用 。采用晶闸管集成模块可使响应速度进一步提高。电压检测由电压互感器完成，电流检测由 电流互感器完成。
单片机89C51采用单总线结构，片内256个字节RAM，4K字节的ROM，4个8位并行I/O 接口。集 成无功补偿装置将32个小容量电容装设在一起，这就需要32个控制端，需要扩展89C51的输 入输出接口。采用8255A作为扩展芯片。8255A是通用可编程并行接口芯片。片内有3个8位并 行I/O口，分别称为PA口（PA7～PA0），PB(PB7～PB0)，PC(PC7～PB0)，其中PC口又分高四 位口 （PC7～PC4）和低四位口(PC3～PC0)，通过编程可设三种工作模式。集成无功补偿装置的硬 件连接图如图2所示。
上图中，电压互感器和电流互感器检测到的电压与电流信号分别送到模数转换芯片ADC0809 的IN0、IN1口