基于S3C2440的無功功率補償控制系統(tǒng)研究

李 遠(yuǎn)，崔羊威

（漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系，河南 漯河 462000）

1 無功補償原理

相對于電力系統(tǒng)有功功率而言，電力系統(tǒng)無功功率缺乏明顯的界定，可以理解為電路復(fù)功率的虛部，若電路系統(tǒng)有諧波存在時，無功功率更是缺乏統(tǒng)一定義。在功率輸送方面，有功功率的輸送要求送電端和受電端的電壓有一定的相位差，與有功功率的輸送不同的是，無功功率的輸送要求送電端和受電端的電壓有一定的電壓差。電力系統(tǒng)中所有分部件都消耗一定的無功功率，需要消耗就得補償，這就是無功補償。當(dāng)有功功率保持不變時，電路系統(tǒng)需要消耗的無功功率與cosΦ有關(guān)，二者具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。考慮到無功功率的傳輸特點，若長距離傳輸，則需要消耗更多的輸配電設(shè)備資源，所以對于無功功率的處理最好的做法就是就地平衡，結(jié)合鏈路的實際需求安裝相應(yīng)容量的無功補償設(shè)備（如：電容器等）。結(jié)合無功負(fù)荷實際情況，為了使電力系統(tǒng)在功率因數(shù)較高的數(shù)值下運行，需要對無功補償設(shè)備及時打開與關(guān)閉。無功補償基本思路是使得電路系統(tǒng)中的能量在容性負(fù)荷與感性負(fù)荷中來回交換，使他們相互對無功功率進(jìn)行補償。

2 主系統(tǒng)工作流程分析

通常無功補償裝置形式多樣化，例如飽和電抗器型、和飽和電抗器型、和飽和電抗器型等，考慮到性價比，本文選取和飽和電抗器型（TSC型）作為本系統(tǒng)的無功補償裝置，其借助于晶閘管實現(xiàn)無觸點投切開關(guān)，采取過零投切的手段，能夠快速投切電容器的無過渡過程，保證了無功功率的有效補償，使得電路系統(tǒng)更加平衡，圖1為飽和電抗器型的工作過程。

圖1 主電路接線圖

3 硬件電路設(shè)計

結(jié)合主系統(tǒng)工作流程的分析，本文所要設(shè)計的控制電路有個很明確的方向，作為控制系統(tǒng)的輸入端，電壓與電流分別經(jīng)過電壓互感器與電流互感器進(jìn)行采集，然后進(jìn)行低通濾波，處理完之后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換送給S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。結(jié)合投切控制需求，產(chǎn)生相應(yīng)的投切控制脈沖，電容器依照投切控制脈沖進(jìn)行工作，工作狀態(tài)實時顯示在LED上，硬件的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主框圖

3.1 電壓電流檢測電路設(shè)計

互感器輸出的信號為電流信號，但是S3C2440的采樣信號需要的是電壓信號，因此電流信號應(yīng)該經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路變成電壓信號。互感器產(chǎn)生的信號通過都含有高次諧波。因此為了降低高次諧波帶來的影響，電壓信號需要經(jīng)過RC低通濾波器進(jìn)行濾波處理，經(jīng)過RC低通濾波器濾波之后的電壓信號在傳輸給AD之前，為了防止電壓信號太大而損壞AD導(dǎo)致信號失真，因此在AD之前需要增加穩(wěn)壓管構(gòu)成鉗位電路，電壓電流檢測電路如下頁圖3所示。

圖3 電壓電流有效值測量電路

3.2 功率因數(shù)角檢測電路設(shè)計

對于功率因數(shù)角檢測電路的設(shè)計，應(yīng)理解信號有線電壓Uca與一相電流Ib之間的關(guān)系，由圖4可知，這兩者之間的夾角θ與被測相角Φ之間存在有規(guī)律的幾何關(guān)系。

圖4 相角Φ與θ角間的對應(yīng)關(guān)系

基于以上理解，本文設(shè)計的功率因數(shù)的測量電路如圖5所示。

圖5 功率因數(shù)測量電路

4 軟件設(shè)計

為了使硬件系統(tǒng)穩(wěn)定的工作，使數(shù)據(jù)的采集、鏈路的控制、人機(jī)的交互更科學(xué)，此部分對無功補償控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計進(jìn)行說明。系統(tǒng)上電之后進(jìn)行初始化各個參數(shù)配置，分為系統(tǒng)初始化與待存儲數(shù)據(jù)的初始化，接著讀取電網(wǎng)參數(shù)，之后判斷是否需要刷新LED、是否需要投切電容操作等，主程序圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

5 結(jié)語

本文對無功補償技術(shù)的相關(guān)原理進(jìn)行了闡述，在基于S3C2440控制器的基礎(chǔ)上，對無功功率補償控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，包含了硬件設(shè)計與軟件設(shè)計，實現(xiàn)了無功功率有效控制。本設(shè)計能夠顯著提高電路系統(tǒng)穩(wěn)定性，具有較強的理論意義與實踐意義。隨著國家基建投入的不斷增強，電網(wǎng)建設(shè)覆蓋面也會不斷擴(kuò)大，這就對電壓質(zhì)量給予了更高的要求，相應(yīng)的也會對無功功率補償提出更高的要求，所以無功功率補償系統(tǒng)設(shè)計方面今后還需不斷的優(yōu)化和完善。