無功補償控制器設計要求方法

1、對測量精度的要求

要實現(xiàn)精確的無功補償就必須對無功電流進行準確的測量。

因為電壓的變化范圍較小，因此對電壓的測量精度要求不高，通常有1%的測量精度就足夠了。通常的情況下，不測量電壓也可以實現(xiàn)很好的無功補償控制，對電壓的測量主要是為了實現(xiàn)過壓、欠壓、以及缺相等保護功能。

對電流的測量靈敏度要求要高一些。對于使用8位單片機的低檔控制器，測量靈敏度要達到1%以上。注意這里強調(diào)的是“測量靈敏度”而不是“測量精度”， 1%的電流測量靈敏度即相當于可以區(qū)分1%的電流變化，例如電流互感器的一次電流為500A，則意味著可以區(qū)分從100A到105A的電流變化，并不要求100A的電流測量值絕對準確。對于使用DSP或32位單片機的高檔控制器，測量靈敏度要達到0.1%以上，否則就談不到高檔了。同樣的道理，測量的靈敏度要達到0.1%，意味著測量值應該有4位有效數(shù)字，但同樣并不要求絕對準確。對無功補償控制器要求0.1%的測量精度是不現(xiàn)實的，也沒有實際意義。但是控制器的測量值最好能在現(xiàn)場進行校正。

對功率因數(shù)測量的靈敏度最好要達到0.001。準確地說，應該是對相位差的測量要求，因為測量無功功率并不需要使用功率因數(shù)值。這里要強調(diào)一點，對無功電流的計算應該使用Iq=I×sinφ的公式來進行計算，而sinφ的值應該根據(jù)相位差的值直接進行計算，不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2的公式計算，否則當相位差在0度附近時，cosφ的微小變化會導致sinφ的很大變化，導致sinφ的值誤差太大。例如cosφ=0.99時，對應的相位差是8.1度，對應的sinφ值為0.14，意味著0—0.14之間其他sinφ值檢測不到。

對相位差的測量要求達到整個-180— 180度范圍。有一些控制器具有電流互感器接反的自動識別功能，這種控制器以有功必須為正值來判斷互感器的正反，相當于-90— 90度范圍，這就可能以下的問題：

（1）當負荷處于發(fā)電狀態(tài)時會出現(xiàn)檢測錯誤。

（2）當負荷為純電感或純電容時，由于有功電流約等于零，可能會將電感誤判斷為電容或者將電容誤判斷為電感。而負荷為純電容的狀態(tài)經(jīng)常會出現(xiàn)，例如負荷為單一大負荷而負荷停機時，無功補償電容器尚在運行，于是變壓器二次電流就變?yōu)榧冸娙蓦娏鳎绻麑⑦@個電流誤判為電感電流，控制器就會繼續(xù)投入電容器，直至將所有的電容器全部投入運行，造成嚴重的過補償現(xiàn)象。

2、顯示器的選擇

最常用的顯示器件就是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管價格低廉、可靠性高。最好使用多位組合的LED數(shù)碼管，這樣可以大量減少線路板連線并且減少焊接安裝工作量。

很多人比較熱衷于使用液晶顯示器，液晶顯示器可以顯示漢字，在有照明的情況下也比較省電，但是液晶顯示器的最大問題是低溫性能不好，通常在-10℃以下不能正常顯示。所以除非能夠確定控制器的使用環(huán)境溫度在-10℃以上，否則不要使用液晶顯示器。

3、參數(shù)設定功能

對于以無功電流或無功功率為依據(jù)進行控制的無功補償控制器，參數(shù)設定功能是必備的。

在控制器制造的時候，電容器的額定容量，電流互感器的變比等參數(shù)無法事先確定，只能根據(jù)無功補償裝置的實際情況及現(xiàn)場情況進行設定，因此控制器必須具備參數(shù)設定功能。設定的參數(shù)應保證不會因掉電而丟失。

最直接的保存設定參數(shù)的方法就是使用EEPROM器件，如24C02等。有一些單片機具有片內(nèi)EEPROM，這樣就可以減少外圍器件數(shù)量。還有一些單片機具有在應用編程功能，也就是說，可以在程序運行過程中修改片內(nèi)FLASH程序存儲器的內(nèi)容。對于這類單片機也可以將設定參數(shù)保存在FLASH程序存儲器中，不過在應用編程的程序設計比較復雜一些。

4、保護功能的設計

電容器的過載無非是由于電壓過高或者是諧波過大而引起，因此在控制器中設計過電壓保護功能是必要的。在能力允許的情況下，應該在控制器中設計電壓諧波檢測功能，因為導致電容器諧波過載的根本原因是電壓畸變，檢測電壓諧波就可以實現(xiàn)對電容器的諧波過載保護。有了過電壓保護和諧波過載保護則熱繼電器就可以取消。既節(jié)省了體積與成本又減少了故障點。

5、電容器的投入與切除控制策略

電容器的投入與切除應該分步進行，不應在一步操作中同時投入或者切除多臺電容器。否則過大的電流突變會對系統(tǒng)造成比較大的影響，也不利于實現(xiàn)精確的補償效果。

同時，對于安裝有不同規(guī)格電容器的補償裝置，電容器的投切應該盡量簡潔，以便盡量減少電容器的投切次數(shù)，并且可以最快的滿足補償要求。不應按最小步進臺階一步一步遞增或遞減。

例如補償裝置中共有三種規(guī)格的電容器，分別為10Kvar、20Kvar、40Kvar，如果測量出所需要的無功補償量為40var以上，則應該直接投入一臺40var的電容器。同樣的道理，當測量出多余的無功補償量為30var以上，則應該直接切除一臺40var的電容器。

6、輸出電路的設計

通常控制器的輸出都是用于控制交流接觸器或復合開關(guān)，最常見的就是220V交流輸出。輸出的路數(shù)視要求而定，通常10路就可以了。

最常見的輸出元件是電磁繼電器，選用電磁繼電器的最重要的原則是繼電器銜鐵本身不能與接點有電連接，不少繼電器的銜鐵本身就是動接點的一部分，于是繼電器鐵芯帶電，當線圈絕緣出現(xiàn)問題時，強電就會竄入控制部分造成嚴重損壞。而對于銜鐵與接點沒有電連接的繼電器，則不會出現(xiàn)強電竄入控制部分的現(xiàn)象。

當電磁繼電器接點斷開時，由于接觸器線圈是大電感電流不能瞬變，會產(chǎn)生很高的電弧電壓，因此必須連接阻容吸收元件，否則會產(chǎn)生嚴重的干擾。

輸出元件也可以使用電子繼電器，電子繼電器的內(nèi)部是晶閘管，由于晶閘管可以電流過零關(guān)斷，因此不需要使用阻容吸收元件，并且驅(qū)動電壓電流都很小,比較容易實現(xiàn)控制。質(zhì)量好的電子繼電器價格較高。質(zhì)量不好的電子繼電器容易產(chǎn)生誤觸發(fā)，造成上電時接觸器抖動。

輸出電路也可以使用雙向晶閘管，這時晶閘管的驅(qū)動電路稍微復雜一些，但是成本很低,可靠性也可以做得很好。

現(xiàn)有的低端控制器都是以功率因數(shù)為依據(jù)進行控制的，這種控制器雖然價格低廉但是性能很差，已屬于淘汰之列，因此這里不做介紹。

現(xiàn)有的高端控制器都是以無功功率為依據(jù)進行控制的，但除此之外，往往將設計重點放在漢字顯示以及數(shù)據(jù)通訊等方面。其實要真正實現(xiàn)完美的無功補償控制是一件相當復雜的事情，實現(xiàn)完美的無功補償控制是無功補償控制器的主要功能，只有在主要功能相當完善的情況下，才能考慮附加功能。

控制信號：采用功率因數(shù)及無功電流兩物理量進行綜合控制；

路數(shù)通用：投切路數(shù)由用戶選擇；

數(shù)據(jù)保存：失電后設定參數(shù)不會丟失，數(shù)據(jù)永久保存；

適應性強：控制器自動適應不同參數(shù)的配電系統(tǒng)，無須提供電流互感器變比和補償電容器容量；

過壓保護：電網(wǎng)電壓超過過電壓設定值時，快速逐級切除已投入的電容器；

抗干擾強：獨特的設計，運行中不會出現(xiàn)死機、亂投、亂切的現(xiàn)象；

投切震蕩：能防止小電流負荷及過壓臨界值出現(xiàn)的反復投切；

靈敏度高：補償器在輸入信號電流0.10A時便能正常工作；

顯示誤差：輸入信號電流0.10A到5A變化時測量顯示的功率因數(shù)值誤差都極小；

電流識別：控制器能判別取樣電流極性并自動轉(zhuǎn)化。

1 海拔高度不超過3000米

2 周圍環(huán)境溫度小于50℃，大于-20℃

3 空氣相對濕度85%(25℃)

4 周圍環(huán)境無易燃、易爆的介質(zhì)存在，無導電塵埃及腐蝕性氣體存在。

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