[厂区供电节能技术应用分析]

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厂区供电节能技术应用分析

【摘 要】厂区供电往往存在用电电压等级复杂、电源容量大、感性和容性负荷较高等实际问题。本文以某厂区供电网络为例，探讨了基于全志A20的无功功率20级自动补偿系统的部署方式。文章从现状及需求分析入手，使用模糊控制的算法得到补偿方案，同时讨论了补偿柜主要配件的选型。

【关键词】厂区供电；节能技术；应用分析

0. 引言

目前，不少高耗能企业的装机容量已经达到了上万kVA，在一个装机容量10000kVA的高耗能企业中，只要实现一个百分点的节能降耗，每小时就可以实现100kVAh的电能，这可以给企业带来较直接的经济效益。本文要设计的是一个综合自动化感抗补偿系统，通过适当调整容性增压和抗性增压的方式，实现厂区供电节能的补偿。

1. 现状及需求分析

某生产企业安装3000V150kW电动机35台，1140V75kW电动机72台，680V11.4kW电动机211台，380V小型电动机122台。电动机总装机容量13787.4kVA，运行在3000V、1140V、680V、380V四个电压等级上。工厂采用35kV进线，直接在厂区内布置中央变电所，采用三台10000kVA变压器并列运行，形成35kV进线母线、3000V离场母线、1140V离场母线、380V自备母线。680V和380V用电变压器由分布在厂区内的12个3000kVA变压器执行变配电工作。厂区低压网络虽然分别由12个并列变压器提供电源，但是680V网络和380V网络已经实现了互联。

因为厂区内的大功率设备以抗性设备为主，所以，设备运行过程中会引起抗性增压的现象。抗性增压会直接造成系统中的视在功率增加，引起不必要的功率损耗。如果采用每电动机逐一补偿的方式，虽然可以平衡大部分抗性增压，但因为电动机和变压器的容性漏电功率难以确定，所以，本文采用集中补偿的方式满足厂区供电的无功补偿。

2. 模糊算法分析

在临界取值上，电压临界默认整定为U±0.05U，电压上下限值整定为U±0.10U。无功功率的正常值范围默认整定为±0.03P。

3. 硬件实现

本文采用4个自动化补偿柜实现以上20级自动投切功能。根据表1设计，1#柜安装60台20kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时安装60台8kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。2#柜布置的电容器和电容器结构与1#柜一致。3#柜部署60台10kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时安装60台3kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。4#柜部署60台5kVA电感器，每3台并联为一组，共20组，同时部署60台2kVA电容器，每3台并联为一组，共20组。四个柜子分别负责3000V、1140V、680V、380V电压等级的自动化无功补偿工作。控制方法上，采用MTC MTX MTK 300A系列可控硅完成投切操作，通过微电脑重动控制，每柜子共需要MTC MTX MTK 300A系列可控硅120台。

主机选型方面，本文系统计划采用全志A20处理器，该处理器采用了两个ARM7核心并列运行，提供512MB运行RAM和1GBROM。120个可控硅的控制端前置120个光电耦合器，用以隔离12V控制链路和5V计算回路。在50Hz工频工作模式下，采用半波重动的方式，合闸间隙应控制在10ms以内。此间隙要求下，大部分光电耦合器均可以满足要求，本文选择夏普电子生产的，SOP-4 PC817B PC817C光电耦合器作为控制执行部件。光电耦合器前置的锁存器同样选择夏普公司生产的74HC595D SOP-16。地址控制使用的32位与门芯片选用夏普公司生产的TSSOP-14 SN74LV32APWR。

控制原理上，采用A20的PD接口构成32位数据总线，采用A20的PA接口构建32为地址总线。使用A20的PC接口构成16位显示总线，连接到显示控制器。在PD和PA构成的64位总线上，引出不少于30个外部模拟量输入或开关量输出接口。每个接口前置采用2个TSSOP-14 SN74LV32APWR32位与门计算器，首先根据跳线挑出的地址与地址总线上的地址进行与计算，得到的值与数据总线形成二次与计算。计算结果写入74HC595D SOP-16锁存器中，锁存器输出端直接连接光电耦合器。反向数据通过夏普公司的SOP14 LM339 LM339DR 电压比较器进行数字化，同时与两个TSSOP-14 SN74LV32APWR32位与门计算器连连接。与门计算器通过地址总线上的数据与跳线地址进行与计算，计算结果与电压比较器输出结果合并写入数据总线。

因为A20是运行在1GHz的主频上的，且其搭载了安卓2.2操作系统，可以充分利用两个ARM7处理器的计算资源。所以，本文系统的响应时间远小于10ms，其投切开关重动执行时间也远小于10ms。

4. 结束语

通过本文系统的部署，可以实现4个电压等级上的20级无功补偿自动投切，通过全志A20工业控制计算机的支持，可以始终确保厂区电压控制在U±0.05U级别上，在降低了无功增压效应带来的视在功率增加的基础上，也提高了厂区供电的纯净性，使得因为电压波动带来的设备损坏比率大幅度下降。本文系统的不足是使用了较多的电容器和电抗器以及可控硅控制器，使得本文系统体积较大，散热压力也较大。随着后续研究的进行，相信本文系统可以更加完美。

参考文献：

[1]王思宇.组合式无功补偿控制策略研究.[D].哈尔滨工业大学硕士论文，2013年.

[2]徐浩.磁控电抗器（MCR）动态无功补偿装置控制器的研制.[D].武汉科技大学硕士论文，2013年.

[3]全文学.低压变配电自动无功补偿装置的控制与应用.[J].科技创业家，2014（04）：86-87.

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