農(nóng)網(wǎng)中無功補償裝置的設(shè)計

鄧德智

摘要：本文運用晶閘管投切電容器（TSC）的方法，并結(jié)合單片機對其進行控制，實現(xiàn)了農(nóng)網(wǎng)中電容器組的投切和無功功率補償。這樣不僅減少了投資，提高了設(shè)備利用率，也減少了線路的電能損失。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)網(wǎng)感性負載TSC無功功率補償

1引言

在當(dāng)今國民經(jīng)濟飛速發(fā)展時期，如何合理的利用能源成為了如今的一大課題。當(dāng)今的電力系統(tǒng)中，負載絕大多數(shù)以感性存形式在，以農(nóng)村為例，負載主要以電動機和變壓器為主，這種負載的存在會產(chǎn)生大量的無功功率，導(dǎo)致農(nóng)網(wǎng)中功率因數(shù)偏低，出現(xiàn)供電質(zhì)量差，線路損失嚴(yán)重等問題，因此提高功率因數(shù)就成為提高送電質(zhì)量的關(guān)鍵。TSC是目前應(yīng)用比較廣泛的一種無功補償?shù)姆椒ǎ谙到y(tǒng)中加入控制芯片，可以使其實現(xiàn)實時動態(tài)補償?shù)哪康?。本文以DSPIC控制器為核心，通過對農(nóng)網(wǎng)中三相電流、電壓的實時采樣，并將數(shù)據(jù)送入DSPIC中進行分析處理，來確定無功補償?shù)娜萘亢头椒?，進而控制電容器組的投入與切除，來達到補償?shù)哪康?，以減少企業(yè)及個人的損失。

2TSC構(gòu)成及控制器的工作原理

2.1晶閘管投切電容器（TSC）

TSC結(jié)構(gòu)為兩個反并聯(lián)的晶閘管和一個小電感及一個電容器相串聯(lián)。兩個晶閘管的作用是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中切除，小電感的作用是抑制電容器投入電網(wǎng)時的沖擊電流。用于三相電路時，可以采用角接或星接，本文采用容值為C、2C、4C、8C的電容器分組方式進行投切，這樣能實現(xiàn)C至15C的15級大范圍的無功補償目的。

2.2DSPIC無功補償控制器的工作原理

TSC控制系統(tǒng)如圖1所示，在工作時，分別通過傳感器對三相電流、電壓進行采集測量，將其轉(zhuǎn)化為小的電流電壓信號：再通過低通濾波、放大環(huán)節(jié)將信號中的高次諧波濾除，使其信號滿足DSPIC控制芯片的要求，以保證所采集的信號能夠做到滿足采樣定理，并且最大不失真的送入DSPIC的AD中，通過FFT算法計算出諧波含量以及實時的有功功率、無功功率及功率因數(shù)等相關(guān)參數(shù)，并將其顯示出來，補償?shù)膮⒖奸T限可以人為設(shè)定;通過相關(guān)參數(shù)的計算來確定當(dāng)前系統(tǒng)中所需要補償?shù)臒o功含量的多少，進而通過DSPIC控制晶閘管的開通與關(guān)斷，實現(xiàn)了電容器組的投入與切除，以實現(xiàn)無功補償?shù)哪康摹?/p>

3無功補償控制器的硬件構(gòu)成

3.1信號的采集與處理

先將三相電壓電流信號分別通過互感器變?yōu)樾〉碾娦盘枺偻ㄟ^低通濾波器送入DSPIC自帶的AD中，對信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。DSPIC自帶的AD為單+5V供電的高速，低功耗12位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它具有16個輸入通道，每個通道內(nèi)含有一個16位寄存器，轉(zhuǎn)換速率為100ksps，且每個通道都自帶采樣保持器。

3.2方波產(chǎn)生電路

將濾波后的信號送給同步方波產(chǎn)生電路，再通過光耦送給DSPIC的捕捉引腳，其目的是通過DSPIC的定時器測出兩個上升沿之前的時間間隔，即通過測量出正弦信號過零點之間的時間，而得到電網(wǎng)信號的周期。再由采樣點數(shù)計算出采樣頻率，以保證采樣同步，消除非同步采樣引起的頻譜泄漏，保證了測量的精確性。

3.3驅(qū)動控制單元

MOC3041是一種帶過零觸發(fā)的線性光耦，其內(nèi)部器件能夠自動檢測晶閘管兩端的電壓，當(dāng)同時滿足電壓過零和觸發(fā)電平時，即為導(dǎo)通狀態(tài)，將電容器組投入電網(wǎng)中，由于是過零觸發(fā)，抑制了涌流的產(chǎn)生，并且具有很強的抗干擾性，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，應(yīng)用方便。

3.4基于RS-485通信技術(shù)

采用了RS-485異步串行通信技術(shù)，RS-485的接口電平較低，不易損壞接口電路的芯片;數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps;采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好;最大的通信距離約為1219M，并且控制簡單，成本低，能很好的滿足農(nóng)村電網(wǎng)中的通訊要求。

4結(jié)語

無功補償作為提高供電質(zhì)量，降低線損的重要措施之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各電壓等級的電網(wǎng)中。目前，就農(nóng)網(wǎng)而言，功率因數(shù)普遍在0.60-0.85之間，整體上處于偏低的水平，通過無功補償技術(shù)不僅能改善農(nóng)網(wǎng)功率因數(shù)和電壓質(zhì)量，而且.可以提高農(nóng)網(wǎng)的經(jīng)濟運行水平。本文以DSPIC30F6014芯片為核心，采用了片內(nèi)12位的高速AD對電網(wǎng)的電壓電流信號進行采樣轉(zhuǎn)換，并且結(jié)合了FFT算法，實現(xiàn)了對信號的快速、實時的檢測和處理，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度大大提高，真正實現(xiàn)了無功功率的快速高效的補償。

參考文獻

[1]戴永忠。農(nóng)村電網(wǎng)的無功補償[J].湖南水利水電，2005（04）.

[2]宋春英，淺談農(nóng)村電網(wǎng)的無功補償[J].菏澤成武供電公司，2006.

[3]王兆安，楊君，劉進軍，諧波抑制和無功功率補償[M].機械工業(yè)出版社，1998.