摘要 簡述了無功補償的原因和意義、補償途徑和方式。研究了傳統(tǒng)電子式自動補償控制方案、基于單片機控制技術(shù)的無功補償自控方案以及基于PLC控制技術(shù)的無功補償自控方案等設(shè)計結(jié)構(gòu)和原理。并對其性能和電路結(jié)構(gòu)特點進行比較，為電力設(shè)計提供參考。
關(guān)鍵詞 無功補償；單片機控制補償；PLC控制補償

1 無功補償概念
隨著經(jīng)濟、科技的快速發(fā)展，企業(yè)大量采用異步電動機和變壓器，大型可控硅裝置的應(yīng)用和大功率沖擊性負(fù)荷的存在，使得電力系統(tǒng)功率因數(shù)變低，電壓波動增大。安裝并聯(lián)電容器進行無功補償?shù)闹饕饔檬翘岣吖β室驍?shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗以及穩(wěn)定電壓和提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。
根據(jù)補償安排方式不同，無功補償可分為：集中補償、分散補償和就地補償3種。集中補償裝設(shè)在企業(yè)或地方總變電所6～35 kV母線上，補償裝置包括并聯(lián)電容器、同步調(diào)相機、靜止補償器等，目的是改善輸電網(wǎng)的功率因數(shù)、提高終端變電所的電壓及補償主變的無功損耗。分散補償裝設(shè)在功率因數(shù)較低的車間或村鎮(zhèn)電所的高壓或低壓母線上。這種方式與集中補償有相同的優(yōu)點，但無功容量較小。分散補償通常采用10 kV戶外并聯(lián)電容器安裝在架空線路的桿塔上或另行架桿進行無功補償，以提高配電網(wǎng)功率因數(shù)，達(dá)到降損升壓目的。因其具有投資小，回收快，補償效率高，便于管理和維護等優(yōu)點，適用于功率因數(shù)較低且負(fù)荷較重的長配電線路。就地補償適宜裝設(shè)在異步電動機或電感性用電設(shè)備附近，既能提高用電設(shè)備供電回路功率因數(shù)，并且能提高用電設(shè)備的電壓質(zhì)量。《供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50052—2009)指出：在環(huán)境正常的建筑物內(nèi)，低壓電容器宜分散設(shè)置。故對企業(yè)和廠礦中的電動機，應(yīng)進行就地?zé)o功補償，即隨機補償。針對小區(qū)用戶終端，由于用戶負(fù)荷小，波動大，地點分散，無人管理，因此需開發(fā)一種新型低壓終端無功補償裝置。
根據(jù)補償控制方式的不同又可分為：電子式自動控制補償、單片機控制補償及PLC控制補償?shù)榷喾N。電力設(shè)計時，選擇合適的無功補償自動控制方案(要求：智能型控制，免維護；體積小，易安裝；功能完善，造價較低)對于提高供電安全性、降低生產(chǎn)及用電成本意義斐然。

2 典型無功補償自控方案
2．1 電子式自動補償控制方案
傳統(tǒng)的電子式自動補償控制方案由分立元件組裝如圖1所示，分立元件組裝的自動控制系統(tǒng)包括相位和電流檢測單元、無功運算及比較單元、投切控制單元及電容器組等。投切開關(guān)多采用交流接觸器。其缺點是產(chǎn)品元件多、設(shè)備體積龐大、線路復(fù)雜維修困難、可靠性差，響應(yīng)速度較慢，在投切過程中會對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊涌流，使用壽命短。個別使用單位由于設(shè)備無法修復(fù)，僅單靠人工手動進行控制。

2．2 單片機控制技術(shù)的無功補償方案
一種典型的基于ATmega16單片機控制技術(shù)的無功自控方案如圖2所示，系統(tǒng)主要由信號調(diào)理模塊、AVR處理模塊、控制補償模塊、液晶顯示模塊和鍵盤等模塊組成。其中，芯片ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS／MHz，從而可減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度間的矛盾。此外，ATmega16AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器將直接與運算邏單元(ALU)相連接。使得一條指令可在一個時鐘周期內(nèi)伺時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大幅提高代碼效率，且具有比普通CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。該控制方案就是充分利用了ATmega16芯片高速的運算能力和先進的體系結(jié)構(gòu)來完成無功功率的快速檢測、動態(tài)補償和配變檢測的功能。

AVR處理信號的過程是：首先對A／D轉(zhuǎn)換器輸出的信號進行采樣，并將采樣取得的信號進行FFT算法運算處理(計算功率因數(shù)、電壓、電流、有功功率等)。隨后判斷電壓是否過壓或欠壓，電流是否低于零，并根據(jù)結(jié)果決定是否要逐步切除電容器。計算無功功率需要補償?shù)臄?shù)值，且做出投切決策和輸出投切指令。