阻感性負載無功功率自適應補償控制方法＊

唐 旺，翁發祿，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，并通過實時調節補償電容實現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。基于獲得的電阻與電感值對補償電容值進行實時調節，進而實現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為容量連續可調電容，用于補償系統中的無功功率；e（t）為交流電源。基于電路分析方法，可得圖1 系統模型的數學表達如下：

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B及S的辨識。

2 無功功率自適應補償控制

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

3 實例

假定圖 1 所示系統模型參數e（t）=314sin（100×π）t，系統初始時刻負載的電感L1=0.03 H，電容R1=10 Ω。可知未采用電容實現無功功率補償前的功率因數角為：

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

圖4 無功功率補償電容值C（t）的時間曲線

現考慮調節參數α及β對系統響應的影響。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，經計算機仿真得到各組參數情形下的系統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，參數值減小時，系統無功功率補償電容值C（t）的上升時間增加，而參數值增大時，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

本文采用參數自適應方法實現了對電力系統阻感性負載電阻及電感值的辨識。基于辨識得到的電阻及電感值，通過實時調節補償電容的容量，使負載的功率因數達到用戶的設定值，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日常感性負載的功率因數，使負載的無用功率降低，效率得到一定提升，有利于電力系統的節能。與傳統的固定容量補償方法相比較，本文所提到的方法可以實現精確補償，節能效果得到有效提升。