随着无功补偿技术在0.4 kV 低压电网中的广泛使用，用于低压无功补偿的电力电容器随之也被大量应用。引入电器智能化概念后，智能投切电容器技术逐渐取代了传统投切技术智能低压电力电容器，采用零投切开关( 包括双向晶闸管、磁保持继电器及ＲC 阻容吸收保护等部分) 配合智能投切电容器，在投切方式以及智能化方面都有一定的改进，但开关结构复杂，采样环节多，运算繁琐，造价成本较高，难以广泛应用。同步开关技术即选相开关技术，在中高压领域电容器组投切装置中被广泛地应用，取得较为理想的效果，因此被越来越多地应用于低压电容器的投切装置中。但同步投切技术所采用开关的驱动电压、动作次数、个体差异等都对其动作时间造成影响，导致开关动作时间分散性较大，使同步投切技术难以准确地实现过零点投切。采用基于电流反馈的自适应过零投切技术，在控制上实现了自适应过零投切。而普通电流互感器测量瞬时涌流的准确度有限，难以达到反馈要求。

智能切换电容器接触器主要应用于共补( 电容器“△”形接法) 电容器，使用的接触器存在触头弹跳等问题。电流比例积分微分控制计算过于繁琐，采样环节多，过程复杂，应用于智能电容器时有较大局限性。针对上述问题，本文提出了一种基于电压过零点闭环控制的新型自适应电压过零点投入、电流过零点切除同步开关技术。该技术在软件方面，采用更加简便的基于电压零点反馈的闭环控制，自适应过程快速、准确。采用该技术的智能电容器能够准确地在电压过零点±0.5 ms 范围内完成投入动作，在电流过零点±1ms 内完成切除动作。91.4% 的投入涌流被有效地控制在1.6 倍以内，99.7% 的投入涌流被控制在2.0 倍以内。

1. 工作原理

电容器投入电网时，根据投入相角的不同，会产生大小不同的涌流。若电容器在随机相角下投入时可能会产生很大的涌流，涌流对电力系统、电容器寿命以及设备安全等都会造成很大的冲击，严重时会导致继电保护误动作而造成事故。采用的低压智能电容器一次接线图如图1 所示。根据补偿需求的不同，设计了分补电容器( 电容器“Y”形接法) 和共补电容器( 电容器“△”形接法) 。共

补电容器采用“二控三”开关配置，可以简化硬件，降低成本。图1( a) 中三相开关S1、S2、S3 依次在开关两端电压( 相电压) 为零时闭合投入电容器，在开关两端电压为峰值( 此时流过开关的电流值为零) 时依次断开以切除电容器。

图1( b) 中，开关S2 在开关两端电压( 线电压) 为零时投入电容器，线电流IAB

为零时切除电容器。开关S3 在该相电压为零时闭合投入电容器，该相电压为峰值时断开，切除电容器。

图1 智能电容器一次设备接线示意图

1.1同步开关原理

同步开关技术要求开关在指定相角完成动作，其中涉及相角定位及指令提前两个问题。相角定位是指如何将360°的相位角与MCU所接收的方波信号相对应。通过对过零点的检测，可以确定电压波形中两个过零点之间的时间t1，再根据不同的精度需求将t1等分为n 份，每一份大小为t2，即用有限n 个离散点模拟一个周期的连续正弦波。在程序中，从过零点时刻起始点开始计时，每过时间t2就能够确定1 个点( 每个点对应某一时刻) 。同步投入电容的操作过程如图2 所示。tt是指在MCU 向磁保持继电器发出动作指令之后到磁保持继电器动作完成之间的时间；td指从MCU发出投切指令到开关的动作电压准备完毕所经过时间；ts

指从开关的驱动电压准备完毕到触头完全闭合经过的时间。显然，tt是具有分散性的，不同个体的线路板，不同批次的磁保持继电器都会增加tt的分散性。要使得开关在指定相角完成投切动作，就必须针对tt的分散性做相应的处理。在每次投切指令发出前，MCU 会根据前一次投切的反馈情况计算出指令提前量tt，在过零点后延时tt发出投切指令，开关将会在下一个过零点完成动作。

图2 同步投入电容器的操作过程

1.2 自适应过零点投切

如前文所述，tt受诸多的因素影响，具有分散性，使同步开关的准确性大幅下降。为了降低tt差异导致的误差，该技术采用基于电压过零点闭环控制的自适应过零投切技术。自适应的概念是指控制器能够根据外界的诸多因素综合调节tt

的大小，使tt能够不断地根据实际情况自我调节，从而提高同步开关的准确性。

通过这种方式，以电压过零点时刻作为反馈量的自适应控制，既可以更高效地解决智能电容器个体差异，也可以应对电磁开关老化等造成的趋势性变化，同时还能应对电网频率波动带来的过零点变化等问题。相比之前以涌流值作为反馈量的自适应控制，该技术具有更简便的硬件配置及更简单的反馈环。

2．软件设计

为简化控制，在智能电容器精度允许的范围内，软件将一个周波的电压二次波形分为100份，即20 ms ( 一个周期内) 有100个点存在，两个点之间间隔0.2 ms。按照时间的先后顺序，存入MCU内。从每一个上升沿过零点计算，这100点都能够被MCU准确地对应到实际的电压二次波形中。在调试的对话框中，调试人员可以通过设置发出指令的时间点来手动设置投切相角。由于同步开关选相时只需选择零相位时刻动作，程序会在投切之前读取指令发出时刻点数，过零点后开始计数，在完成计数后改变管脚状态发出指令。

为了减小分散性对控制精准度的影响，软件设计引入了电压零点闭合自适应控制的方法。电容器投入中断子程序流程图如图3所示。以投入电容器为例，投入中断开始后，MCU首先根据当前状态判断是否满足投切条件，如果满足，则程序捕捉过零点以及查询延时tt的大小，作为一个计时，在下一个过零点开始计

时，计时完成后开始发出指令。完成投入动作后，程序会根据反馈电路判断过零点和投入点的时间差Δt，并用此来修正之前的tt。程序中需要计算在过零点之后到发出指令的时间tt。MCU 在前一个过零点延时tt发出投切指令，开关会在下一个过零点完成动作。

3.结语

本文所述的自适应过零投切技术适用于当前的智能电容器。该技术采用电压零点反馈闭环控制，实现电容器自适应在电压过零点投入，电流过零点切除。该技术改进了磁保持继电器的驱动电路，在提高了驱动电压同时使其不随出电压互感器二次侧极性的正确性，而且引入无线模块，使得测试过程更加智能、方便。相较于传统的测量方法，该判别系统提高了工作效率，只需一次接线即可完成整个操作，不需要重复换线，一个人就可完成，操作人员也不需要掌握过多专业知识，就能够很直接地进行检测，使得该判别系统具有更大的使用范围。但该判别系统在使用的变电站电压等级、针对的电力互感器种类上存在一些缺陷，例如该判别系统只能针对电压互感器极性进行检测，不包括电流互感器，判别系统仅能在10 kV 变电站中使用。在后面的研究中，可以通过改变一次侧激励源和二次侧数据采集模块来判别更高电压等级的变电站以及变电站内所有电力互感器的极性。

图3 电容器投入中断子程序流程图