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?，這在三相負(fù)載對稱或基本對稱時(shí)補(bǔ)償效果較好的,。但現(xiàn)在許多用電對象是大量的不對稱三相負(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，對這類三相不對稱負(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" title="PIC16C72">PIC16C72單片機(jī)實(shí)現(xiàn)三相不對稱負(fù)載的無功補(bǔ)償" title="無功補(bǔ)償">無功補(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,，我們對補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和實(shí)際情況進(jìn)行測量和定性，來決定此補(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)無功功率容量的計(jì)算表達(dá)式：
這就是無功補(bǔ)償最佳容量的計(jì)算式。
其中：kb：無功補(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)償前后的無功功率(kVar),；
Q：補(bǔ)償裝置的無功容量(kVar),；
Pd：變壓器的短路有功功率(kW)；
SN：變壓器的額定容量(kVA),；
β：單位電價(jià)(元／kWh),；
i：無功補(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" title="相位差">相位差決定,。
因此,，電壓和電流相位差的準(zhǔn)確測量決定著用電線路的無功功率計(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)確地測量相位,，我們采用數(shù)字鑒相法。所謂數(shù)字鑒相是指通過將兩路信號比相,，在鑒相輸出信號的正脈沖內(nèi)填入高速脈沖,，通過記錄填入的脈沖數(shù)來測相位差。
PIC16C72單片機(jī)自身會產(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,。再通過查表法得到A相功率因數(shù)COSφA。同理控制多路模擬開關(guān)可測出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)測得的電壓、電流值的大小來確定,。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)償器測得的交流電流的i1相量),，Ic是投上電容中流過的電流。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,、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發(fā)生振蕩,。
5 算法的實(shí)現(xiàn)
該算法可用PIC16C72單片機(jī)來實(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)行對電壓和電流的測量。電壓和電流的測量由PIC16C72單片機(jī)控制,，分別對A,，B和C三相電路測量和記錄。測量值送入對應(yīng)的寄存器中暫存,，供以后計(jì)算子程序使用,。在對每一相電路測量后，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
采用上述補(bǔ)償和控制算法后，電力系統(tǒng)" title="電力系統(tǒng)">電力系統(tǒng)的相位測量精度可達(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?，則還能提高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,。