靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波系統(tǒng)

摘 要：介紹了一種以MSP430單片機(jī)為核心構(gòu)成的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波系統(tǒng)，該系統(tǒng)能隨時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)功率因數(shù)，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)前置電感的控制，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線路無(wú)功，同時(shí)還可濾除線路中的3、5、7次等以上高次諧波。模擬實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以方便地將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到0.9以上，且有效抑制了諧波，達(dá)到了節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；無(wú)功補(bǔ)償；功率因數(shù)；高次諧波

中圖分類號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 14-0000-02

一、引言

隨著工業(yè)電力電子技術(shù)的發(fā)展，用電負(fù)荷中變流容量越來(lái)越大，由此帶來(lái)的電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制問(wèn)題越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。目前，我國(guó)的電網(wǎng)，尤其是廣大的低壓電網(wǎng)中，普遍存在功率因數(shù)較低、諧波污染嚴(yán)重的情況。根本原因是大量非線性負(fù)載的存在，比如開關(guān)電源、整流器、變頻器和逆變器等，這些非線性負(fù)載既產(chǎn)生了諧波又消耗了無(wú)功功率，降低了電網(wǎng)中電能的利用效率，造成電網(wǎng)線路損耗和巨大的電能損失。本文描述的系統(tǒng)采用就地檢測(cè)實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ皶r(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率，抑制諧波，顯著提高供電線路的功率因數(shù)。

二、系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

（一）系統(tǒng)工作原理

工業(yè)電網(wǎng)中的諧波通常是各種整流設(shè)備造成的，可以分為偶次諧波和奇次諧波，但在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對(duì)稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波的存在，并且一般以3、5、7次諧波較多，高次諧波較少。在用戶電網(wǎng)的用電設(shè)備中，電機(jī)消耗的功率占有較大比例，而電機(jī)是產(chǎn)生無(wú)功功率的主要設(shè)備，因此通常工礦企業(yè)用電系統(tǒng)表現(xiàn)為一定感性負(fù)荷，造成電網(wǎng)功率因數(shù)下降。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)并聯(lián)的3、5、7次LC串聯(lián)諧振電路，該并聯(lián)諧振電路總?cè)菘勾笥谪?fù)載感抗，此時(shí)整個(gè)電路呈容性。在諧振電路前并聯(lián)一個(gè)前置電感，該電感連接一個(gè)起開關(guān)作用的大功率三極管。電流、電壓互感器分別實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)中的電流、電壓信號(hào)，計(jì)算出相位差和功率因數(shù)，單片機(jī)根據(jù)功率因數(shù)的變化自動(dòng)控制三極管的導(dǎo)通，通過(guò)調(diào)節(jié)并聯(lián)電感支路電流來(lái)控制系統(tǒng)中感性和容性電流的平衡，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹４送猓琇C諧振電路和四階高通濾波器可以濾除電網(wǎng)中大量的諧波，有效地消除對(duì)負(fù)載的影響。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、硬件電路設(shè)計(jì)

（一）信號(hào)處理電路

互感器采樣到的電流、電壓信號(hào)均是比較微弱的模擬信號(hào)，而輸入給MSP430單片機(jī)的必須是3.3V左右的數(shù)字電壓信號(hào)，故須經(jīng)過(guò)放大器、比較器電路處理。

（二）單片機(jī)

本系統(tǒng)采用的是TI公司生產(chǎn)的MSP430系列的MSP430F169單片機(jī)，它由16位CPU通過(guò)總線連接到存儲(chǔ)器和外圍模塊，只讀存儲(chǔ)器60KB，隨機(jī)存儲(chǔ)器4KB；它的最大時(shí)鐘頻率為8MHz，可編程輸入輸出端有48個(gè)，兩個(gè)定時(shí)器。該類單片機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是低電壓、超低功耗。在該系統(tǒng)中，MSP430F169單片機(jī)接收由電路圖圖2處理后的電流和電壓后，通過(guò)一定算法計(jì)算出電流、電壓的相位差和功率因數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器LCD12864上。同時(shí)，判斷功率因數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，然后由單片機(jī)控制采取相應(yīng)的措施。

（三）無(wú)功補(bǔ)償及濾波電路

無(wú)功補(bǔ)償電路中的三個(gè)并聯(lián)電容支路除作為補(bǔ)償電容外，還兼具有濾除3次、5次、7次諧波的作用。其原理是通過(guò)串接電感，分別構(gòu)成中心頻率為150HZ、250HZ和350HZ串聯(lián)諧振通路。這樣對(duì)通高次諧波來(lái)說(shuō)其阻抗為零，短路掉相應(yīng)的諧波電流。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

五、結(jié)束語(yǔ)

該無(wú)功補(bǔ)償及濾波系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)對(duì)電感的連續(xù)調(diào)控來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功功率，避免了電網(wǎng)中的電流突變問(wèn)題，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)又能夠?yàn)V除諧波。它是小型SVC系統(tǒng)原理機(jī)樣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、廠礦的供電系統(tǒng)中，具有極高的推廣價(jià)值和巨大的節(jié)能效益。

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[作者簡(jiǎn)介]何帥（1993.09-），男，湖北人，本科，研究方向：電子信息工程技術(shù)；王贊（1990.12-），男，湖北，本科，研究方向：電子信息工程技術(shù)。