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低压无功功率补偿控制器的研制 　　冯志宏 　　金华电力开关有限公司 浙江 金华 321018 　　0 概述 　　随着现代工业的发展，对电能质量的要求也越来越高。目前电力网中的电力负荷如感应式异步电动机、变压器等，大部分属于感性负载，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率，造成电网的功率因数偏低。在电网中安装并联电容器可以供给感性电抗消耗的部分无功功率，减少电网电源向感性负载提供的无功功率，以及减少无功功率在电网中的流动，从而降低输电线路因输送无功功率造成的输电损耗，改善电网的运行条件，因此无功功率补偿控制器一直有着广阔的应用市场。目前市场上该类产品较多，但大多数为低端产品，对电容组投切都基于功率因数或无功电流，而对于过压切除和欠流的处理相对比较粗糙，更不用说具有无功限制功能了；少数产品为高端产品，其功能强大但价格较高。因此，如果能开发出既具有高端产品的性能，同时又具有低端产品价格的补偿控制器，将有着重要的意义。本文所述的低压无功功率补偿控制器的主要功能有： 　　（1）相序自动识别。 　　（2）电压采样0．5级、电流采样和功率因数1级、符合行业标准。 　　（3）具有过压解除、欠流闭锁、无功限制功能。 　　（4）几乎所有参数都可键盘设定，如功率因数门限、投入延时、过压门限、欠流门限、过压加速切除时间、欠流时间、同组切投时间延时等。 　　1 工作原理 　　采样三相电中一相的电流（如A相）以及另外两相（如B、C相）电压之间的相位差，得到相应的功率因数；该功率因数与设定的投切门限（按标准功率因数滞后为0.95；超前为0.98）进行比较：若在门限内，则不予动作；若超出门限，则相应采取投切措施，力图保持功率因数在设定的限带内。在运行过程中若出现过压，则按设定时间加速切除，若欠流超出一定时间，则也予以加速切除；若无功小于一组电容的无功时，不予投入。由于对电压和电流都进行采样且满足一定的精度要求，因此过压解除和欠流闭锁以及无功限制可以处理得比较精确。 　　由于三相电的接线有各种不同的接法（共有12种），不同接法的功率因数计算和超前滞后的判断有所不同，因此针对不同接法相序的自动判别将很有意义，下面对其原理作一简单介绍：　　 　　设三相的电压分别为Ua、Ub、Uc，则它们的表达式可以表示如下： 　　Ua＝Umsinωt 　　Ub＝Umsin（ωt－120°） 　　Uc＝Umsin（ωt－240°） 　　由此得： 　　Ub=Ub-Uc=3Umsin（ωt－90°） 　　若负载为纯阻性，则A相电流与电压同相，Ubc电压滞后A相电流90°；若A相负载为容性，假设A相电流超前电压α（0≤α≤90）角，则Ubc电压滞后A相电流90°＋α；若A相负载为感性，假设A相电流滞后电压α（0≤α≤90）角，则Ubc电压滞后A相电流90°－α。在电路设计中，若把A相电流和Ubc电压的采样信号放大后经过过零比较器，即可得到反映相位的方波信号；检测两个方波信号上升沿的时间差，即可得到反映两者相位差的时间。假设线电压的两个相邻周期的上升沿的时间差为T（即周期），相电流与线电压的上升沿的时间差为τ，则α＝｜τ／T×360°－90°｜。 　　由于三相有不同的接法，如何区分超前和滞后泥？我们可以参照上面方法，可以得到所有接法的情况，并且可以分成以下两种类型： 　　Ⅰ型：0≤τ＜T／4，超前；T／4≤τ＜T／2，滞后；α＝｜τ／T×360°－90°｜。 　　Ⅱ型：3T／4≤τ＜T，超前；T／2≤τ＜3T／4，滞后；α＝｜τ／T×360°－270°｜ 　　由上分析，我们可以根据τ和T的关系，判断出该接法属于何种型式，从而判断是超前还是滞后，并算出超前滞后角α。 　　2 硬件设计 　　控制器的CPU采用ATMEL公司的89C52，硬件设计主要包括电源监视和掉电保护电路、键盘接口电路、LED显示电路、继电器输出电路、A／D采样电路以及信息处理部分。电源监视和掉电保护电路采用X25045芯片，该芯片接口电路简单，同时具备上电复位、电源监视、硬件看门狗电路的功能，而且还有512字节的flashrom，可以提供控制器设置参数的掉电保护功能；键盘接口、LED显示、继电器输出等电路比较简单，采用74LS245、74LS373以及CPU本身具有的一些I／O口线即可完成；A／D采用ADC0809芯片，因其只有8位精度，因此电压和电流信号放大到±5 V的范围，然后采用采样半波的方式即可满足电压采样0．5级的精度要求；信号处理部分见图1。 　　　　相电流通过互感器得到初始信号IS。IS首先通过低通滤波，然后进行放大得到－5～5 V的信号。该信号通过过零比较，得到标准的方波信号Fi。用Fi作为控制信号，使IS的正半周送至A／D采样芯片进行采样，这样可以用较小的代价获得较高的精度。US的处理过程与IS一