有功均衡及無功補償控制系統設計中的控制輸出模塊

林丹

摘要：有功均衡補償控制系統的設計中，控制輸出模塊是人進行操作的窗口。在這個設計中，采用ULN2803AN進行鍵盤模塊的設置，對整個系統進行簡化；選用晶閘管進行電容的投切，利用ULN2803AN進行驅動晶閘管模塊的設置，從而實現對電容器的投入和切除工作。

關鍵詞：有功均衡補償裝置；控制輸出模塊；晶閘管

為了實現有功功率均衡方案，系統需要實時檢測電網中三相電流的大小，再通過測得的三相電流大小進行三相電源電流的均衡。在對三相電流的均衡過程中，系統采用對三相電網之間的線級間進行電容投切，從而對三相電網中的電流大小進行轉移。在三相電流均衡過程中，系統會造成三相電源的無功功率增大，為了提高系統的電能利用效率，系統采用無功補償裝置進行無功功率大小的監測，再通過分電容進行電容的投切。

為了保證系統投切電容的有效性，系統需要實現電容投切的準確性和無震蕩等特性；選用晶閘管進行電容的投切，利用ULN2803AN對驅動晶閘管模塊進行設置，從而實現對電容器的投入和切除工作。

有功均衡及無功補償裝置系統中，電容的投切方式通常采用三角形接法、星型接法、均衡電容接法、三角形與星型混合接法。其中，三角形接法為三相共補方式；星型接法為三相分補方式；星型和三角形混接方式采用三相共補和三相分補相結合的方式。本系統需要實現有功均衡及無功補償功能，因此，采用均衡電容接法和分補方式接法。其投切電容接到AC相、BC相和AB相之間以及AN相、BN相和CN相之間。由于日常生活上的一些用電設備大多可以假設為電阻R和電感L串聯電路等效，根據公式，其功率因素可以表示成；

cosφ=RR2+（wL）2

根據電感元件固有特性可知，電感上流過的電流相位滯后于電壓相位90°。為了降低電網中無功功率大小，需要在電網中進行電容補償，減少電壓和電流之間的相位差大小。由于電容電流超電壓相位90°，根據向量法可知，投入電容器后，負載的電流滯后電壓角度變為φ2，其中φ2<φ1。根據余弦定理可知，系統通過投入電容來提高電網功率因素。當系統投入的電容容量小于所需的無功容量時為欠補償情況，當系統中投入電容值過大時，其容易造成補償后的電流超前電壓一定的相位，為過補償情況。為了提高電網能源利用效率，一般不希望出現過補償和欠補償。

電容投切方式主要有三種方式：

第一，交流接觸器投入方式，其具有較簡單的操作方式，由于交流接觸的觸頭使用壽命有限，降低了系統整體使用壽命，從而造成交流接觸方式不能經常進行電容投切，此處會造成系統今后使用時成本升高和系統不穩定等問題。

第二，晶閘管電容投切方式，該方式使是通過控制晶閘管的導通和關斷進行電容的投切，由于晶閘管相比交流接觸方式具有壽命長等優點，使得晶閘管電容投切方式被廣泛使用。其基本原理是將電容分成若干組，各組電容均可通過晶閘管進行投切，有效提高系統的整體壽命。

第三，復合開關投入型，其采用的晶閘管和磁性保持開關進行并聯運行方式，該開關相比上面兩種方式具有更高的響應速度和更低的功耗等優點，且復合開關投入型開關具有低功耗等優點，這就使得復合型開關被廣泛應用于無功補償裝置中。

由于三相電網在實際的運行環境中，往往存在Ia>Ib或者Ia>Ic的情況，為了保證三相電網的可靠性，系統需要對電網電流進行均衡處理，本系統通過在三相電源線之間接上均衡電容，采用電容的投切對有功功率進行轉移處理。當Ia電流相對其他兩相電流比較大時，系統通過在Ua和Ub之間接入電容，由于電容的Ica電流滯后于Uca，通過電流Iac將有用功率進行轉移，從而實現有功均衡。

在對系統進行有功均衡過程中，系統會產生一定的無功功率，為了保證電網電能質量，系統還需要對電網中無功功率進行補償處理。

本設計在系統中起著顯著的作用，在整個硬件環節中不可或缺。正是利用了本設計的原理和具體實施，才使有功均衡得以實現，但設計還不夠完美，需要在使用過程中進一步進行改善。

參考文獻：

[1]胡君慧，于希榮.并聯電容器組接線及保護方式的選擇[J].電力電容器與無功補償，2008（2）.

[2]高新霞.基于DSP的TSC型無功補償控制器的研究[D].鎮江：江蘇大學，2007.

[3]門洪，梁志珊.一種通用TSC型無功補償控制器的研制[J].吉林電力，2002（2）：20-22.

[4]王毅.復合開關在無功補償中的應用[D].濟南：山東大學，2011.

[5]薛明琪，徐洪.低壓無功補償投切電容裝置選用探討[J].電氣應用，2007（11）：44-46.endprint