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電路補(bǔ)償法的基本原理范文1

Abstract: This paper introduces the principle of reactive power compensation, the measures to improve the power factor of electrical device itself; measures to improve the power factor of artificial compensation and problems of high concentration, low pressure group compensation, dispersion compensation on the spot and so on.

關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；無功補(bǔ)償；電容器

Key words: power factor；reactive power compensation；capacitor

中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）03-0262-01

1基本概念

1.1 功率因數(shù)：在交流電路中，有功功率與視在功率的比值稱為功率因數(shù)，用cos?漬表示。

①視在功率：S=■VI×10-3（kV?A）

②有功功率：P=■VIcos?漬×10-3（kW）

③無功功率：Q=■VIsin?漬×10-3（kvar）

電路的性質(zhì)不同，cos?漬的數(shù)值在0～1之間變化，其大小取決于電路中電感、電容及有功負(fù)荷的大小。當(dāng)cos?漬=1時(shí)，表示電源發(fā)出的視在功率全為有功功率，即S=P；當(dāng)cos?漬=0時(shí)，則P=0，表示電源發(fā)出的功率全為無功功率，即S=Q。所以負(fù)荷的功率因數(shù)越接近1越好。

1.2 無功功率補(bǔ)償就是改善和提高企業(yè)用電的功率因數(shù)，也是企業(yè)節(jié)電的重要方法，原理是：

把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性負(fù)荷并聯(lián)接到同一電路中，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷吸收能量。就這樣兩種負(fù)荷之間的能量互相轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷吸收的無功功率可從容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，這就是無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹怼?/p>

2提高功率因數(shù)的方法

2.1 提高用電設(shè)備本身的功率因數(shù)的措施。①采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊密、氣隙小、漏磁少，因而本身的功率因數(shù)就比繞線式異步機(jī)高。②盡量避免電動(dòng)機(jī)與變壓器的輕載運(yùn)行。此時(shí)有功功率小而激磁所用的無功功率不變，故cos?漬較低，所以，應(yīng)力求電動(dòng)機(jī)在接近額定負(fù)荷的條件下運(yùn)行，變壓器的負(fù)荷率也不應(yīng)低于50％。③繞線式異步電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。這一措施同樣可將功率因數(shù)提到1，但由于成本高和維護(hù)困難使其推廣使用受到一定的限制。④盡量采用高壓（6-10kV）電動(dòng)機(jī)，這樣可以省掉降壓變壓器，從而消除了該變壓器產(chǎn)生的無功損耗。一般變壓器的無功損耗約為有功損耗的5倍以上。礦井用高壓電動(dòng)機(jī)的設(shè)備有主排水泵、提升機(jī)、空壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)等。

2.2 人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)的方法。

①并聯(lián)移相電容器組。并聯(lián)電容補(bǔ)償法具有投資少、有功功率損耗小（每kvar損牦約3-4W）、維護(hù)方便、無振動(dòng)與噪聲、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，在礦山地面變電所和用戶廣泛采用。目前多在6-10kV母線上并聯(lián)電容器組進(jìn)行集中補(bǔ)償。電容補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是只能有級(jí)調(diào)節(jié)而不能進(jìn)行連續(xù)平滑的自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)通風(fēng)不好，運(yùn)行溫度過高或線路電壓過高時(shí)，電容器容易損壞。②采用同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)大容量的空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，其功率大都在5000kW及以上，在過激磁時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)無功發(fā)電機(jī)。優(yōu)點(diǎn)是可以無級(jí)調(diào)節(jié)無功功率，但也有造價(jià)高、有功損耗大、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。煤礦現(xiàn)很少應(yīng)用。③采用可控硅靜止無功補(bǔ)償器。這是一種性能較優(yōu)越的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，由移相電容器、飽和電抗器、可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器及濾波器等組成。其特點(diǎn)是將可控的飽和電抗器與移相電容器并聯(lián)作用，電容器可補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的沖擊無功功率的全部或大部。優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)快、損耗小、適合對(duì)功率因數(shù)變化劇烈的大型負(fù)荷進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，如用于礦山提升機(jī)的大功率可控硅整流裝置供電的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)組等。缺點(diǎn)是投資大、設(shè)備體積大，占地面積較大。④采用進(jìn)相機(jī)改善功率因數(shù)。進(jìn)相機(jī)也稱轉(zhuǎn)子自激相位補(bǔ)償機(jī)，是一種新型的感性無功功率補(bǔ)償設(shè)備，只適用于對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)單獨(dú)補(bǔ)償，電動(dòng)機(jī)容量一般為95-1000kW。進(jìn)相機(jī)的外形與電動(dòng)機(jī)相似，沒有定子及繞組，僅有和直流電動(dòng)機(jī)相似的電樞轉(zhuǎn)子，由單獨(dú)的、容量為1.1-4.5kW左右的輔助異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是投資少，補(bǔ)償效果好，而且徹底，還可降低主電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷電流，節(jié)電效果也很顯著，一般運(yùn)行三個(gè)月后就可以收回投資。缺點(diǎn)是本身是一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，還要由一輔助電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，增加了維護(hù)和檢修的負(fù)擔(dān)，另外，它只適宜負(fù)荷變動(dòng)不大的大容量繞線式電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用受到一定的局限。

3無功補(bǔ)償

3.1 高壓集中補(bǔ)償。這種方式是在地面變電所6-10kV母線上集中裝設(shè)移相電容器組，一般有專門的電容器室，并要求通風(fēng)良好，配有可靠的放電設(shè)備。它只能補(bǔ)償6-10kV母線前(電源方向)所有向該母線供電的線路上的無功功率，而該母線后(負(fù)荷方向)的礦內(nèi)電網(wǎng)并沒有得到無功補(bǔ)償，因而經(jīng)濟(jì)效果較差。

高壓集中補(bǔ)償?shù)某跗谕顿Y較低，由于礦井6-10kV母線上無功功率變化比較平穩(wěn)，因而便于運(yùn)行管理和調(diào)節(jié)，而且利用率高，還可提高供電變壓器的負(fù)載能力。雖然對(duì)本礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益較差，但從全局上看改善了礦區(qū)電網(wǎng)，所以仍是大、中型工礦企業(yè)的主要無功補(bǔ)償方式。

3.2 低壓成組補(bǔ)償。把低壓電容器組或無功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置裝設(shè)在車間或井下動(dòng)力變壓器的低壓母線上。它能補(bǔ)償?shù)蛪耗妇€前的礦內(nèi)高壓電網(wǎng)，礦區(qū)電網(wǎng)和整個(gè)電力系統(tǒng)的無功功率，補(bǔ)償區(qū)大于高壓集中補(bǔ)償，本礦亦獲得相當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。低壓成組補(bǔ)償投資不大，通常安裝在低壓配電室內(nèi)，運(yùn)行維護(hù)和管理方便，逐漸成為無功補(bǔ)償中的重要成分。如將無功補(bǔ)償裝置引入井下，將改善我國礦山井下電網(wǎng)功率因數(shù)嚴(yán)重偏低（0.5-0.6左右）的狀況，對(duì)提高整個(gè)礦井的無功補(bǔ)償有重大的意義。

電路補(bǔ)償法的基本原理范文2

關(guān)鍵詞：FPGA; IV曲線; 電容負(fù)載; 實(shí)時(shí)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TN9834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)10017803

基金項(xiàng)目：裝備預(yù)先研究教育部支撐技術(shù)項(xiàng)目（62501040202）；

中央高校基礎(chǔ)科研基金（2010MS054） 目前，世界各國對(duì)新型能源的應(yīng)用日益增多，太陽能作為新型能源的一種，有著安全可靠、無噪聲、無污染、無需消耗燃料、可方便地與建筑物相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。光伏電池及組件作為光伏轉(zhuǎn)化的主要器件，從2001年起，平均年增長率高達(dá)30%以上［13］。所以，對(duì)光伏電池及組件的測(cè)試要求也在逐步提高。目前的絕大多數(shù)組件都是固定在室外工作的，為了評(píng)價(jià)這些組件的參數(shù)性能和了解組件當(dāng)前的工作狀況，市場(chǎng)和用戶都需要一種方便攜帶、測(cè)量快速、結(jié)果精準(zhǔn)的測(cè)試儀器。 目前市場(chǎng)上此類儀器較少，功能也相對(duì)單一，一般只能完成參數(shù)測(cè)量的工作，并不能對(duì)光伏電池當(dāng)前的工作情況作出準(zhǔn)確的判斷［45］。本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的光伏電池測(cè)試儀，可以工作在兩種工作模式下，不僅可以測(cè)得電池或組件的相關(guān)參數(shù)，而且可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電池或組件的當(dāng)前工作狀況。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作模式

系統(tǒng)由兩個(gè)采樣模塊分別采集參數(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA控制多路器選通信號(hào)后經(jīng)ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后由LCM顯示。同時(shí)，系統(tǒng)還提供了一定的存儲(chǔ)功能，可以將測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FLASH芯片中，通過RS 232接口與上位機(jī)通信，為數(shù)據(jù)的后續(xù)分析提供了方便。

參數(shù)采樣模式完成與傳統(tǒng)的光伏測(cè)試儀相同的功能，通過采樣電路采集光伏電池或組件的IV曲線參數(shù)、開路電壓和短路電流值，并完成轉(zhuǎn)化效率η和填充因子FF計(jì)算。

由于光伏組件大多在戶外布置，這對(duì)組件的檢測(cè)和維護(hù)造成了一定的困難。同時(shí)，光伏網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)負(fù)載供電的電源有光伏組件和蓄電池一起供電，為了防止“過充”和“過放”的問題，測(cè)試儀在實(shí)時(shí)檢測(cè)模式時(shí)，除了完成對(duì)光伏組件輸出電流、輸出電壓和輸出功率的檢測(cè)外，還能夠?qū)夥到y(tǒng)中的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 電路設(shè)計(jì)

對(duì)光伏組件的采樣過程中，由于參數(shù)采樣和實(shí)時(shí)檢測(cè)的采樣負(fù)載不同，參數(shù)采樣通過對(duì)負(fù)載連續(xù)變化時(shí)，光伏組件的輸出電流和輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)得到連續(xù)變化的IV曲線；實(shí)時(shí)檢測(cè)過程中，采樣負(fù)載是光伏系統(tǒng)的負(fù)載。為了完成兩種采樣的不同要求，需要分別設(shè)計(jì)兩個(gè)采樣模塊的電路。

2.1 IV曲線采樣電路

測(cè)試儀器測(cè)量IV曲線的常用方法是通過連續(xù)變化負(fù)載的大小，傳統(tǒng)使用的電阻負(fù)載在測(cè)量開路電壓中，并不能直接測(cè)得準(zhǔn)確的數(shù)值。為了避免這些問題，系統(tǒng)采用電容作為采樣負(fù)載。原理對(duì)比圖如圖1所示。

圖1 IV曲線測(cè)試基本原理圖圖1中傳統(tǒng)的電阻負(fù)載，電路中的電流和電壓并不能連續(xù)變化，電阻的阻值也不可能達(dá)到無限大，測(cè)得的開路電壓值會(huì)存在誤差。在使用電容作為采樣負(fù)載時(shí)，通過對(duì)電容進(jìn)行充放電過程采樣來得到IV曲線，電流值和電壓值連續(xù)變化，整個(gè)充電過程可以將電容等效為一個(gè)可變電阻，能得到光伏電池更準(zhǔn)確的參數(shù)。電容充電前可以等效為一個(gè)無窮大的電阻負(fù)載，在不需要使用補(bǔ)償法的情況下，對(duì)開路電壓值的測(cè)量更加精確。

2.2 實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓采集電路

電池在正常工作狀態(tài)下，由霍爾電壓傳感器得到電池組當(dāng)前的電壓值，通過電壓跟隨器之后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。如圖2所示，其中LM324起到電壓跟隨器的作用。

圖2 實(shí)時(shí)檢測(cè)電壓采集電路2.3 實(shí)時(shí)檢測(cè)電流采集電路

在光伏系統(tǒng)中，為負(fù)載供電的除了光伏電池外還有蓄電池，因此，在光伏系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，蓄電池會(huì)有充電和放電兩種模式。光伏系統(tǒng)中測(cè)得的電流可能是充電電流也有可能是蓄電池的放電電流，為了準(zhǔn)確的測(cè)得電流的大小，設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)單向電流檢測(cè)放大器MAX4172來完成電流的雙向檢測(cè)。

如圖3所示，當(dāng)VRS+ >VRS時(shí)，蓄電池為負(fù)載供電，器件A工作；當(dāng)VRS >VRS+時(shí)，光伏電池向蓄電池充電，器件B工作。利用一個(gè)通用的運(yùn)算放大器將兩個(gè)放大器的輸出電流轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷骸REF設(shè)置為0電流對(duì)應(yīng)的輸出電壓。器件A工作時(shí)，輸出電壓高于VREF，而當(dāng)器件B工作時(shí)，輸出電壓低于VREF。

圖3 實(shí)時(shí)檢測(cè)電流采樣電路3 模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由控制模塊、初始化模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊以及串口通行模塊組成，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)框架圖圖4中，控制模塊對(duì)系統(tǒng)整個(gè)進(jìn)程進(jìn)行控制；初始化模塊對(duì)程控放大芯片進(jìn)行合理配置并對(duì)兩種模式下采樣信道選擇；顯示模塊和串口通信模塊為用戶獲取最后的結(jié)果提供兩種途徑。系統(tǒng)中的各數(shù)字模塊都是基于FPGA使用Verilog語言設(shè)計(jì)的［68］。設(shè)計(jì)的軟件采用的是Alter公司提供的quartusⅡ 開發(fā)工具。

3.1 控制模塊

控制模塊由一個(gè)16態(tài)的獨(dú)熱碼編碼的Melay狀態(tài)機(jī)構(gòu)成，通過狀態(tài)機(jī)控制各功能模塊的運(yùn)行，控制模塊流程圖如圖5所示。

3.2 初始化模塊