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1 引 言 當前，許多工礦企業(yè)使用的功率因數補償器大部分是采用三相同時(shí)補償的方式，這在三相負載對稱(chēng)或基本對稱(chēng)時(shí)補償效果較好的。但現在許多用電對象是大量的不對稱(chēng)三相負載，如科研單位、賓館、百貨大廈、高等學(xué)校、機關(guān)等，這些單位使用大量的單相感性負載(如空調、電扇、電取暖設備、各大型照明設備、廣告燈設備)，雖然這些單件負載的無(wú)功損失不大，但作為整個(gè)單位或一個(gè)區域積少成多，其功率損失也不可小視。顯然，對這類(lèi)三相不對稱(chēng)負載的用電戶(hù)必須采用各相分別補償的方式提高功率因數。 在本文中，采用PIC16C72單片機實(shí)現三相不對稱(chēng)負載的無(wú)功補償，并提出了補償電容容量的優(yōu)選算法及負載性質(zhì)判定算法。 2 補償電容容量的優(yōu)選算法 為使補償的容量選擇更加合理和適用，我們對補償的工作環(huán)境和實(shí)際情況進(jìn)行測量和定性，來(lái)決定此補償器的具體補償容量，以達到非常合理和有效的補償效果。 根據無(wú)功功率容量的計算表達式： 這就是無(wú)功補償最佳容量的計算式。 其中：kb：無(wú)功補償的綜合投資率(元／kVar)； U：網(wǎng)絡(luò )的運行電壓(V)； Q1，Q2：補償前后的無(wú)功功率(kVar)； Q：補償裝置的無(wú)功容量(kVar)； Pd：變壓器的短路有功功率(kW)； SN：變壓器的額定容量(kVA)； β：?jiǎn)挝浑妰r(jià)(元／kWh)； i：無(wú)功補償裝置綜合運維費率(％)，根據銀行利率和折舊而定； n：無(wú)功裝置使用年限，一般以電容器壽命10年估計。 3 負載性質(zhì)判定(相位測量)算法 負載性質(zhì)(感性和容性)的判定決定著(zhù)補償電容的投切情況，直接影響著(zhù)輸電線(xiàn)路上的功率因數，對功率因數和用電質(zhì)量的改善有著(zhù)決定性作用。而負載性質(zhì)又由線(xiàn)路中電壓和電流的相位差決定。 因此，電壓和電流相位差的準確測量決定著(zhù)用電線(xiàn)路的無(wú)功功率計算的準確性以及投切電力電容的合理性，他對整個(gè)補償系統都是非常重要的。 為了能夠準確地測量相位，我們采用數字鑒相法。所謂數字鑒相是指通過(guò)將兩路信號比相，在鑒相輸出信號的正脈沖內填入高速脈沖，通過(guò)記錄填入的脈沖數來(lái)測相位差。 PIC16C72單片機自身會(huì )產(chǎn)生高速的數字時(shí)鐘脈沖，這就可以直接利用該單片機的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行相位的測量。電壓與電流的波形關(guān)系如圖1所示。 圖1中A相電壓UA，A相電流iA與比較器Ull，U12的輸出電壓波形U1，U4的關(guān)系，顯然△t與U4，iA之間的相位差φA成正比，△又與u1，u4正跳變時(shí)定時(shí)器T1計數值之差△n成正比，這樣只要得到△n就可得出φA的值。該系統中，PICl6C72采用12MHz晶振，定時(shí)器l每隔2／μs計1個(gè)數。定時(shí)器1是16位計數器，他從0～65 536不停的循環(huán)增1計數運行；定時(shí)器2是8位計數器，他從0～256循環(huán)計數，預、后分頻各16倍，An的計算式： △n＝(B一A ×256)+65 53× N 其中：A為u1發(fā)生正跳變時(shí)定時(shí)器的值；B為u4發(fā)生正跳變時(shí)的定時(shí)器的值；N為2個(gè)事件發(fā)生的間隔期間定時(shí)器的溢出次數。 因此△n為： △t＝△n ×2 ×10-6(s) 因為△n的最小值小于5ms(工作信號的1／4周期)，而T1從0～65 536計數的時(shí)間是： 65 536 ×2 × 10-6 (s)＝131．072(ms) 因而在u1發(fā)生正跳變到u4發(fā)生正跳變之間T1溢出的次數最多為1，即N只有2個(gè)取值：0和1，電壓uA與電流iA的相位差φA為： 根據保持寄存器和時(shí)間寄存器記錄的8次事件可得出4個(gè)φA值，經(jīng)過(guò)數據中值濾波、平均值濾波即可得到較準確的φA值。再通過(guò)查表法得到A相功率因數COSφA。同理控制多路模擬開(kāi)關(guān)可測出B相，C相的相位差和功率因數。 4 投切容量控制算法 當測得相位差φA，φB，φC后，根據正負判斷可得知是感性負載還是容性負載，感性負載時(shí)要投入電容器，容性負載時(shí)要切除電容器，投切的電容量根據測得的電壓、電流值的大小來(lái)確定。圖2是電容負載的等效電路和相量圖，φ1是電容未投入時(shí)的相位差，φ是投電容后的電位差，I1是負載的電流(即電容未投前補償器測得的交流電流的i1相量)，Ic是投上電容中流過(guò)的電流。由相量圖可知投上電容后φ最好為0，補償以此為根據計算需投入的電容值，由向量圖可得出： 若每組待投入電容的容量為Co，則需投入電容值的組數K為： K=C/Co (小數點(diǎn)后舍去) 根據K值，可一次將需投入的電容(X組電容)同時(shí)投合上．同理，若是出現容性狀態(tài)，須切除的電容值為： 目前有許多補償器是步進(jìn)投切電容的，具有投切時(shí)間長(cháng)、有出現振蕩的可能。而采用上述算法求出投切電容的組數后，即可一次完成投切并且不會(huì )發(fā)生振蕩。 5 算法的實(shí)現 該算法可用PIC16C72單片機來(lái)實(shí)現。其主程序流程圖如圖3。在所有初始化以后，主程序將執行對電壓和電流的測量。電壓和電流的測量由PIC16C72單片機控制，分別對A，B和C三相電路測量和記錄。測量值送入對應的寄存器中暫存，供以后計算子程序使用。在對每一相電路測量后，主程序還要進(jìn)行投切電容量和投切電容組數的計算，所需計算參數從溢出中斷子程序的計算結果中調用。 6 結 語(yǔ) 采用上述補償和控制算法后，電力系統的相位測量精度可達0．5％，補償結果能使COSφ0．95。當然這還與每組補償電容的大小相關(guān)，若每組補償的容量小一些，則還能提高COSφ，但相應的接口和投切控制硬件都要增加。 在實(shí)際應用當中，必須根據用戶(hù)的用電情況綜合分析，方可得出較為合理的安排。 |
