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1 引 言 當(dāng)前，許多工礦企業(yè)使用的功率因數(shù)補(bǔ)償器大部分是采用三相同時(shí)補(bǔ)償?shù)姆绞剑@在三相負(fù)載對(duì)稱或基本對(duì)稱時(shí)補(bǔ)償效果較好的。但現(xiàn)在許多用電對(duì)象是大量的不對(duì)稱三相負(fù)載，如科研單位、賓館、百貨大廈、高等學(xué)校、機(jī)關(guān)等，這些單位使用大量的單相感性負(fù)載(如空調(diào)、電扇、電取暖設(shè)備、各大型照明設(shè)備、廣告燈設(shè)備)，雖然這些單件負(fù)載的無(wú)功損失不大，但作為整個(gè)單位或一個(gè)區(qū)域積少成多，其功率損失也不可小視。顯然，對(duì)這類三相不對(duì)稱負(fù)載的用電戶必須采用各相分別補(bǔ)償?shù)姆绞教岣吖β室驍?shù)。 在本文中，采用PIC16C72單片機(jī)實(shí)現(xiàn)三相不對(duì)稱負(fù)載的無(wú)功補(bǔ)償，并提出了補(bǔ)償電容容量的優(yōu)選算法及負(fù)載性質(zhì)判定算法。 2 補(bǔ)償電容容量的優(yōu)選算法 為使補(bǔ)償?shù)娜萘窟x擇更加合理和適用，我們對(duì)補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量和定性，來(lái)決定此補(bǔ)償器的具體補(bǔ)償容量，以達(dá)到非常合理和有效的補(bǔ)償效果。 根據(jù)無(wú)功功率容量的計(jì)算表達(dá)式： 這就是無(wú)功補(bǔ)償最佳容量的計(jì)算式。 其中：kb：無(wú)功補(bǔ)償?shù)木C合投資率(元／kVar)； U：網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行電壓(V)； Q1，Q2：補(bǔ)償前后的無(wú)功功率(kVar)； Q：補(bǔ)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(bǔ)償裝置綜合運(yùn)維費(fèi)率(％)，根據(jù)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(jì)。 3 負(fù)載性質(zhì)判定(相位測(cè)量)算法 負(fù)載性質(zhì)(感性和容性)的判定決定著補(bǔ)償電容的投切情況，直接影響著輸電線路上的功率因數(shù)，對(duì)功率因數(shù)和用電質(zhì)量的改善有著決定性作用。而負(fù)載性質(zhì)又由線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(zhǔn)確測(cè)量決定著用電線路的無(wú)功功率計(jì)算的準(zhǔn)確性以及投切電力電容的合理性，他對(duì)整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)都是非常重要的。 為了能夠準(zhǔn)確地測(cè)量相位，我們采用數(shù)字鑒相法。所謂數(shù)字鑒相是指通過(guò)將兩路信號(hào)比相，在鑒相輸出信號(hào)的正脈沖內(nèi)填入高速脈沖，通過(guò)記錄填入的脈沖數(shù)來(lái)測(cè)相位差。 PIC16C72單片機(jī)自身會(huì)產(chǎn)生高速的數(shù)字時(shí)鐘脈沖，這就可以直接利用該單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行相位的測(cè)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(jì)數(shù)值之差△n成正比，這樣只要得到△n就可得出φA的值。該系統(tǒng)中，PICl6C72采用12MHz晶振，定時(shí)器l每隔2／μs計(jì)1個(gè)數(shù)。定時(shí)器1是16位計(jì)數(shù)器，他從0～65 536不停的循環(huán)增1計(jì)數(shù)運(yùn)行；定時(shí)器2是8位計(jì)數(shù)器，他從0～256循環(huán)計(jì)數(shù)，預(yù)、后分頻各16倍，An的計(jì)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(shù)。 因此△n為： △t＝△n ×2 ×10-6(s) 因?yàn)椤鱪的最小值小于5ms(工作信號(hào)的1／4周期)，而T1從0～65 536計(jì)數(shù)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(shù)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(jù)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(shù)據(jù)中值濾波、平均值濾波即可得到較準(zhǔn)確的φA值。再通過(guò)查表法得到A相功率因數(shù)COSφA。同理控制多路模擬開(kāi)關(guān)可測(cè)出B相，C相的相位差和功率因數(shù)。 4 投切容量控制算法 當(dāng)測(cè)得相位差φA，φB，φC后，根據(jù)正負(fù)判斷可得知是感性負(fù)載還是容性負(fù)載，感性負(fù)載時(shí)要投入電容器，容性負(fù)載時(shí)要切除電容器，投切的電容量根據(jù)測(cè)得的電壓、電流值的大小來(lái)確定。圖2是電容負(fù)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(fù)載的電流(即電容未投前補(bǔ)償器測(cè)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(bǔ)償以此為根據(jù)計(jì)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(shù)K為： K=C/Co (小數(shù)點(diǎn)后舍去) 根據(jù)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(xiàn)容性狀態(tài)，須切除的電容值為： 目前有許多補(bǔ)償器是步進(jìn)投切電容的，具有投切時(shí)間長(zhǎng)、有出現(xiàn)振蕩的可能。而采用上述算法求出投切電容的組數(shù)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(xiàn) 該算法可用PIC16C72單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其主程序流程圖如圖3。在所有初始化以后，主程序?qū)?zhí)行對(duì)電壓和電流的測(cè)量。電壓和電流的測(cè)量由PIC16C72單片機(jī)控制，分別對(duì)A，B和C三相電路測(cè)量和記錄。測(cè)量值送入對(duì)應(yīng)的寄存器中暫存，供以后計(jì)算子程序使用。在對(duì)每一相電路測(cè)量后，主程序還要進(jìn)行投切電容量和投切電容組數(shù)的計(jì)算，所需計(jì)算參數(shù)從溢出中斷子程序的計(jì)算結(jié)果中調(diào)用。 6 結(jié) 語(yǔ) 采用上述補(bǔ)償和控制算法后，電力系統(tǒng)的相位測(cè)量精度可達(dá)0．5％，補(bǔ)償結(jié)果能使COSφ0．95。當(dāng)然這還與每組補(bǔ)償電容的大小相關(guān)，若每組補(bǔ)償?shù)娜萘啃∫恍瑒t還能提高COSφ，但相應(yīng)的接口和投切控制硬件都要增加。 在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，必須根據(jù)用戶的用電情況綜合分析，方可得出較為合理的安排。 |
