阻感性負載無功功率自適應補償控制方法＊

唐 旺，翁發(fā)祿，王 煥，丁元春

（1.江西理工大學電氣工程與自動化學院，江西 贛州 341000；2.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西 贛州 341000）

電路負載主要包括阻性負載、容性負載及感性負載及三種負載的組合，其中阻感性負載在日常生活中較為常見，例如日光燈、高壓鈉燈、汞燈、金屬鹵化燈等。阻感性負載中感性部分不做有用功，進而造成負載視在功率上升，浪費電力資源[1]。為了減小阻感性負載中感性成分的影響，通過一定的電容補償降低其無功功率是必要的[2]。實際電路中，用電設備的不確定性（例如亮燈數(shù)量不確定）造成負載大小不確定，也就是阻感性負載電阻與電容值不確定。當負載變化時，采用統(tǒng)一的定值電容補償，難達到很好的補償效果[3]。當電路的負載發(fā)生變化時，補償電容的電容值也應隨之變化才能達到好的補償效果。由于實際負載的電阻與電容值未知且不確定，因此研究電路中電阻與電感值辨識，并通過實時調節(jié)補償電容實現(xiàn)無差補償具有較好的學術意義及應用價值。本文題出采用自適應策略[4-5]，實時得到電路中負載的電阻與電感值?；讷@得的電阻與電感值對補償電容值進行實時調節(jié)，進而實現(xiàn)負載無功功率的無差補償。同時，通過實例驗證了相關成果的有效性。

1 模型描述

無功功率自適應補償控制模型如圖1 所示。L、R為未知負載的電感性及電阻；C為容量連續(xù)可調電容，用于補償系統(tǒng)中的無功功率；e（t）為交流電源?；陔娐贩治龇椒ǎ傻脠D1 系統(tǒng)模型的數(shù)學表達如下：

圖1 無功功率自適應補償控制模型

本文原為通過自適應方法辨識參數(shù)R和L的值，但是通過R、L、B及S之間的關系可知，如果B及S已知的情況下，可以通過相互關系L=B－1，R=S/B計算出相應R及L的值，因此，下文主要考慮的是參數(shù)B及S的辨識。

2 無功功率自適應補償控制

現(xiàn)假定一系統(tǒng)模型如式（3）所示，其結構與系統(tǒng)模型描述（2）相同，其中為可調節(jié)參數(shù)（其初始值可任意給定）：

3 實例

假定圖 1 所示系統(tǒng)模型參數(shù)e（t）=314sin（100×π）t，系統(tǒng)初始時刻負載的電感L1=0.03 H，電容R1=10 Ω?？芍床捎秒娙輰崿F(xiàn)無功功率補償前的功率因數(shù)角為：

功率因數(shù)cosφ01=0.73。當系統(tǒng)運行到100 s 時負載發(fā)生變化，負載電感與電容分別變化為L2=0.029 H，R2=8 Ω，此時功率因數(shù)角為：

圖4 無功功率補償電容值C（t）的時間曲線

現(xiàn)考慮調節(jié)參數(shù)α及β對系統(tǒng)響應的影響。α及β分別取如下 4 組值：α=10 000，β=250；α=20 000，β=500；α=40 000，β=1 000；α=80 000，β=2 000，經(jīng)計算機仿真得到各組參數(shù)情形下的系統(tǒng)無功功率補償電容值C（t）的時間曲線如圖5 所示。由圖5 可知，參數(shù)值減小時，系統(tǒng)無功功率補償電容值C（t）的上升時間增加，而參數(shù)值增大時，C（t）的上升時間減小，但超調增大。也就是說，通過合適選擇α及β提升無功功率補償電容值的調節(jié)效率，改變補償電容對負載變化的響應速度。

圖5 α及β取值對無功功率補償電容值C（t）的影響

4 結論

本文采用參數(shù)自適應方法實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)阻感性負載電阻及電感值的辨識?；诒孀R得到的電阻及電感值，通過實時調節(jié)補償電容的容量，使負載的功率因數(shù)達到用戶的設定值，并通過實例驗證了其有效性。

本文所得的理論可以用于調節(jié)日常感性負載的功率因數(shù)，使負載的無用功率降低，效率得到一定提升，有利于電力系統(tǒng)的節(jié)能。與傳統(tǒng)的固定容量補償方法相比較，本文所提到的方法可以實現(xiàn)精確補償，節(jié)能效果得到有效提升。