一种新的静态无功补偿装置过流保护方法

邓立群

（内江职业技术学院）

一种新的静态无功补偿装置过流保护方法

邓立群

（内江职业技术学院）

无功补偿装置主要通过相对稳定的系统对运输电流和分配电流的过程进行控制，使电流即使处于动态变化中也能保持稳定，且保障电流在从发电站到达用户的过程中处于安全状态，同时为系统提供电压支持，减少因负荷不断变动造成的波动，然而此装置能发挥主要作用的方式是过流保护方法。本文论述了静态无功补偿技术，分别描述了常见及新型的过流保护电路，总结了一些过流保护方法，希望对以后电力系统技术的发展做出一些贡献。

静态补偿；无功补偿装置；过流保护方法

0 引言

随着科学技术的不断发展，日常生活中用电也愈来愈多，并逐渐造成了如今电能供应紧张的局面，因此采取有效措施解决当前的现状问题显得尤为突出。随着新用电技术的开发，静态无功补偿进入人类视野，它一方面可保障供电系统和用户用电过程的安全，另一方面具有经济性，能够有效地降低资源浪费，但需要注意的是，无功补偿装置的安全使用主要靠装置中的过流保护。

1 无功补偿技术

纵观电力系统中无功补偿装置的发展历史，可了解到该技术经历了多个重要阶段，例如电容器阶段、同步调相机和静止无功补偿装置等，这些都是在电力系统实际运行中采取的改善措施，目的是为了提高电流的使用效率，安全性等，这些阶段都具有明显的特征，下面将分别对其进行论述。

1.1 电容器阶段

电力系统发展到如今的阶段，其无功补偿往往利用电容器发挥效用，而电容器通常采用并联的连接方式，这种方式与传统的动态无功补偿有所区别，后者往往利用模拟量进行结果检测，并通过中间继电器对接触器进

行有效控制，或者切除补偿电容器来达到最终效用。并联方式连接的电容器的补偿方式因其安装部位不同而异，一般可分为集中、分散和就地补偿三种。

1.2 同步调相机阶段

在无功补偿装置的发展初期，发挥主要作用的是同步调相机，其作为一种传统的设备，主要功能是用作生产同步电机，并可针对欠励磁的不同处境发出相对应的感性无功功率。但由于在设备的使用过程中会出现发热的现象，可能导致其损耗比较严重，且伴随着励磁电流的增大，设备在运行时会发出较大噪音，且因其旋转结构导致维护费用不菲，所以在科技不断发展的情形下，同步调相机已经不能完全满足对快速动态补偿的要求，目前其应用范围很小，通常只有某些特定的场合才使用。

1.3 静态无功补偿器

为了跟随时代发展的脚步，满足现代电力系统快速无功补偿的要求，一种全新的静止无功补偿技术应运而生，其主要通过多种电抗器从而达到无功补偿。静态无功补偿装置的基本作用原理很简单，即利用各种方法手段快速且不间断地进行无功功率控制，与此同时，它通过发出和吸收无功功率对传输、配送等电力系统的节点进行有效控制。由于静态无功补偿设置更现代化，因此应用范围很广，尤其是在输电系统波阻抗补偿领域中，为人类日常用电创造了极大的便利。

2 过流保护电路及相关方式

2.1 过流保护电路的作用

过流保护电路很大程度上影响设备稳定运行，并对电力系统造成一定影响。而过流保护电路的作用在于控制输出电流，保证其在设定的安全范围内，当出现输出短路、过载等突发状况时保护电力系统和负载。但是就目前不发达的科学技术而言，常见的过流保护电路在设计及运行时都有一定问题，例如可靠性不强、过流关断功耗等，使保护电路的功能得不到充分发挥，限制其发展空间。而新型的过流保护电路可较好地解决这些问题，发挥效用。

2.2 常见过流保护电路

最早出现的互补金属氧化物半导体过流保护电路相对简单，其主要由三部分组成，即调整管MP、采样电阻R和开关M1组成，而M1的状态对系统内的电路形成影响，进而对调整管的栅极电位形成影响，通过这些连锁影响达到保护目的。然而这种传统简单的电路有几个主要问题：首先因为采样电阻的压降损失，从而对整个系统的转换效率造成消极影响，尤其出现大负载时，造成的压降损失更大；其次在过流运行时，保护电路仅仅对调整管进行控制，把MP的电流控制在固定的范围内，因此只要电路在运行就存在较大功耗。

另外一种常见过流保护电路相对互补金属氧化物半导体而言结构更复杂，但是使用效果和产生效率更优，其主要由五个部分组成，即调整管MP、比较器、两个PMOS管、采样电阻和晶体管Q，其中PMOS取样管M2的作用是取样经过MP的输出电流，所以M2的漏电流代表着输出电流的变化大小。其工作原理与传统过流保护电路并不存在很大差异，在电路正常运行时，输入电压的高低对M1的状态形成影响，进而对调整管的栅极电位形成影响，最终把输出电流控制在固定安全范围内，起到过流保护的作用。尽管在传统电路的基础上做出了改善，使电路中没有损失压降，很大程度上优化了转换效率，但在运行时仍有问题：首先由于不能保证系统电路中调整管与取样管电压的一致性，所以会对取样管取样输出电流的精确度造成较大影响，最终表现为整体系统的可靠性不强；其次由于装置各个部分的作用，过流发生时，经过MP部位的电流控制在一个较高水平值，从而造成较大的功耗。

2.3 新型过流保护器

由以上分析可知，旧有的过流保护电路在具体使用过程中仍存在较严重的问题，本文分析了一种新的过流保护电路，适应以变化为主要特征的现代化社会。新的电路装置在以往的设备装置上增设了N型金属氧化物半导体M3，其中取样管M2仍承担对经过调整管的电流进行取样的角色，但是为了进一步提高取样的精确度，在体系中设置了负反馈电路，主要由M3和运算放大器两部分组成，位于取样管的漏极。同时为了最大程度降低电路在运行过程中产生的功耗，必须运用一定方法使输出电流随着输出电压的变化而发生同向改变，即输出电压降低，则输出电流也相应降低，因此在进行电路装置设计时，增加了折回电路，折回电路中包含M4、M5、M6、M7、M8、R3和R4，其中M5是一个取样管，与M2具有相同的作用，并尽量对M6效果放大，进一步增加了取样的精确性。这种新型的过流保护器相对于常见的过流保护电路而言，具有三个明显的优势，首先由于设计中加入了负反馈回路，从而增强了输出电流的采样精确度，表现在整个系统的可靠性提高；其次通过一定方式使输出电流与输出电压同方向发生变化，很大程度上降低运行损耗；最后采样电阻和调整管变换了原有的并联方式，改用串联方式，把损失压降降到零，从而提高了系统的转换效率。

2.4 过流保护具体方式

基于目前所使用的静态无功补偿装置中的过流保护措施，现存在方式主要包括以下几种：第一，降栅压保护。一般而言，保护电路在实际使用时会出现过流，因此首要任务是降低栅极驱动电压，而后将M1断开，可达到延长承受过流时间目的，同时，可降低过流的幅度，保证电流可快速回落，但是这样往往会造成设备装置中的器件在工作时产生较大热量而出现损耗，应控制好过流的相应时间；第二，慢降栅压保护。这种方法主要是降低栅极驱动电压，正常情况下其电压为15V，而慢降栅压就是利用相应方式合理控制电压下降的速度，使其降至10V，达到保护电路的作用；第三，慢关断保护。慢关断保护是控制装置中器件的关断速度，因为器件关断的速度不同，电压过冲情况会随之发生变化，而关断速度越快，则电压过冲就会越大，会对经过调整管的电流和电压产生影响，造成不稳定的现象，所以控制器件关断的速度可起到保护电路的作用。

3 结束语

无功补偿装置在人类用电过程中起到非常重要的作用，可保护电流、电压的稳定性、可靠性，并保障其在传送和分配过程中的安全性，同时为现代化建设提供有利物质基础。从无功补偿装置的出现到如今，其发展经历了多个重要阶段，都是在当前技术水平下结合当前社会实际情况进行的改善。现如今新型的静态无功补偿装置，既可以有效解决现有装置出现的问题，更符合现代化发展特点和环保节能的理念，更大程度上满足人们日益严格的要求。

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（2016-08-16）