基于單片機的電力三相不對稱負載無功補償算法的實現(xiàn)

　　1 引 言

　　當前，許多工礦企業(yè)使用的功率因數(shù)補償器大部分是采用三相同時補償?shù)姆绞?，這在三相負載對稱或基本對稱時補償效果較好的。但現(xiàn)在許多用電對象是大量的不對稱三相負載，雖然這些單件負載的無功損失不大，但作為整個單位或一個區(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載的用電戶必須采用各相分別補償?shù)姆绞教岣吖β室驍?shù)。

　　在本文中，采用PIC16C72單片機實現(xiàn)三相不對稱負載的無功補償，并提出了補償電容容量的優(yōu)選算法及負載性質判定算法。

　　2 補償電容容量的優(yōu)選算法

　　為使補償?shù)娜萘窟x擇更加合理和適用，我們對補償?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和實際情況進行測量和定性，來決定此補償器的具體補償容量，以達到非常合理和有效的補償效果。

　　根據(jù)無功功率容量的計算表達式：

　　這就是無功補償最佳容量的計算式。

　　其中：kb：無功補償?shù)木C合投資率(元/kVar);

　　U：網(wǎng)絡的運行電壓(V);

　　Q1，Q2：補償前后的無功功率(kVar);

　　Q：補償裝置的無功容量(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(元/kWh);

　　i：無功補償裝置綜合運維費率(%)，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。

　　3 負載性質判定(相位測量)算法

　　負載性質(感性和容性)的判定決定著補償電容的投切情況，直接影響著輸電線路上的功率因數(shù)，對功率因數(shù)和用電質量的改善有著決定性作用。而負載性質又由線路中電壓和電流的相位差決定。

　　因此，電壓和電流相位差的準確測量決定著用電線路的無功功率計算的準確性以及投切電力電容的合理性，他對整個補償系統(tǒng)都是非常重要的。

　　為了能夠準確地測量相位，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單片機自身會產(chǎn)生高速的數(shù)字時鐘脈沖，這就可以直接利用該單片機的時鐘脈沖進行相位的測量。電壓與電流的波形關系如圖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正跳變時定時器T1計數(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，定時器l每隔2/μs計1個數(shù)。定時器1是16位計數(shù)器，他從0～65 536不停的循環(huán)增1計數(shù)運行;定時器2是8位計數(shù)器，他從0～256循環(huán)計數(shù)，預、后分頻各16倍，An的計算式：

　　△n=(B一A ×256)+65 53× N

　　其中：A為u1發(fā)生正跳變時定時器的值;B為u4發(fā)生正跳變時的定時器的值;N為2個事件發(fā)生的間隔期間定時器的溢出次數(shù)。

　　因此△n為：

　　△t=△n ×2 ×10-6(s)

　　因為△n的最小值小于5ms(工作信號的1/4周期)，而T1從0～65 536計數(shù)的時間是：

　　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)保持寄存器和時間寄存器記錄的8次事件可得出4個φA值，經(jīng)過數(shù)據(jù)中值濾波、平均值濾波即可得到較準確的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可測出B相，C相的相位差和功率因數(shù)。