有功均衡及無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的控制輸出模塊

林丹

摘要：有功均衡補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制輸出模塊是人進(jìn)行操作的窗口。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，采用ULN2803AN進(jìn)行鍵盤(pán)模塊的設(shè)置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化；選用晶閘管進(jìn)行電容的投切，利用ULN2803AN進(jìn)行驅(qū)動(dòng)晶閘管模塊的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的投入和切除工作。

關(guān)鍵詞：有功均衡補(bǔ)償裝置；控制輸出模塊；晶閘管

為了實(shí)現(xiàn)有功功率均衡方案，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)中三相電流的大小，再通過(guò)測(cè)得的三相電流大小進(jìn)行三相電源電流的均衡。在對(duì)三相電流的均衡過(guò)程中，系統(tǒng)采用對(duì)三相電網(wǎng)之間的線(xiàn)級(jí)間進(jìn)行電容投切，從而對(duì)三相電網(wǎng)中的電流大小進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在三相電流均衡過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)造成三相電源的無(wú)功功率增大，為了提高系統(tǒng)的電能利用效率，系統(tǒng)采用無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功功率大小的監(jiān)測(cè)，再通過(guò)分電容進(jìn)行電容的投切。

為了保證系統(tǒng)投切電容的有效性，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)電容投切的準(zhǔn)確性和無(wú)震蕩等特性；選用晶閘管進(jìn)行電容的投切，利用ULN2803AN對(duì)驅(qū)動(dòng)晶閘管模塊進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的投入和切除工作。

有功均衡及無(wú)功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)中，電容的投切方式通常采用三角形接法、星型接法、均衡電容接法、三角形與星型混合接法。其中，三角形接法為三相共補(bǔ)方式；星型接法為三相分補(bǔ)方式；星型和三角形混接方式采用三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)相結(jié)合的方式。本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)有功均衡及無(wú)功補(bǔ)償功能，因此，采用均衡電容接法和分補(bǔ)方式接法。其投切電容接到AC相、BC相和AB相之間以及AN相、BN相和CN相之間。由于日常生活上的一些用電設(shè)備大多可以假設(shè)為電阻R和電感L串聯(lián)電路等效，根據(jù)公式，其功率因素可以表示成；

cosφ=RR2+（wL）2

根據(jù)電感元件固有特性可知，電感上流過(guò)的電流相位滯后于電壓相位90°。為了降低電網(wǎng)中無(wú)功功率大小，需要在電網(wǎng)中進(jìn)行電容補(bǔ)償，減少電壓和電流之間的相位差大小。由于電容電流超電壓相位90°，根據(jù)向量法可知，投入電容器后，負(fù)載的電流滯后電壓角度變?yōu)棣?，其中φ2<φ1。根據(jù)余弦定理可知，系統(tǒng)通過(guò)投入電容來(lái)提高電網(wǎng)功率因素。當(dāng)系統(tǒng)投入的電容容量小于所需的無(wú)功容量時(shí)為欠補(bǔ)償情況，當(dāng)系統(tǒng)中投入電容值過(guò)大時(shí)，其容易造成補(bǔ)償后的電流超前電壓一定的相位，為過(guò)補(bǔ)償情況。為了提高電網(wǎng)能源利用效率，一般不希望出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償。

電容投切方式主要有三種方式：

第一，交流接觸器投入方式，其具有較簡(jiǎn)單的操作方式，由于交流接觸的觸頭使用壽命有限，降低了系統(tǒng)整體使用壽命，從而造成交流接觸方式不能經(jīng)常進(jìn)行電容投切，此處會(huì)造成系統(tǒng)今后使用時(shí)成本升高和系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題。

第二，晶閘管電容投切方式，該方式使是通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行電容的投切，由于晶閘管相比交流接觸方式具有壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使得晶閘管電容投切方式被廣泛使用。其基本原理是將電容分成若干組，各組電容均可通過(guò)晶閘管進(jìn)行投切，有效提高系統(tǒng)的整體壽命。

第三，復(fù)合開(kāi)關(guān)投入型，其采用的晶閘管和磁性保持開(kāi)關(guān)進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行方式，該開(kāi)關(guān)相比上面兩種方式具有更高的響應(yīng)速度和更低的功耗等優(yōu)點(diǎn)，且復(fù)合開(kāi)關(guān)投入型開(kāi)關(guān)具有低功耗等優(yōu)點(diǎn)，這就使得復(fù)合型開(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用于無(wú)功補(bǔ)償裝置中。

由于三相電網(wǎng)在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境中，往往存在Ia>Ib或者Ia>Ic的情況，為了保證三相電網(wǎng)的可靠性，系統(tǒng)需要對(duì)電網(wǎng)電流進(jìn)行均衡處理，本系統(tǒng)通過(guò)在三相電源線(xiàn)之間接上均衡電容，采用電容的投切對(duì)有功功率進(jìn)行轉(zhuǎn)移處理。當(dāng)Ia電流相對(duì)其他兩相電流比較大時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)在Ua和Ub之間接入電容，由于電容的Ica電流滯后于Uca，通過(guò)電流Iac將有用功率進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)有功均衡。

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有功均衡過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一定的無(wú)功功率，為了保證電網(wǎng)電能質(zhì)量，系統(tǒng)還需要對(duì)電網(wǎng)中無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償處理。

本設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中起著顯著的作用，在整個(gè)硬件環(huán)節(jié)中不可或缺。正是利用了本設(shè)計(jì)的原理和具體實(shí)施，才使有功均衡得以實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)還不夠完美，需要在使用過(guò)程中進(jìn)一步進(jìn)行改善。

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