農網中無功補償裝置的設計

鄧德智

摘要：本文運用晶閘管投切電容器（TSC）的方法，并結合單片機對其進行控制，實現了農網中電容器組的投切和無功功率補償。這樣不僅減少了投資，提高了設備利用率，也減少了線路的電能損失。

[關鍵詞]農網感性負載TSC無功功率補償

1引言

在當今國民經濟飛速發展時期，如何合理的利用能源成為了如今的一大課題。當今的電力系統中，負載絕大多數以感性存形式在，以農村為例，負載主要以電動機和變壓器為主，這種負載的存在會產生大量的無功功率，導致農網中功率因數偏低，出現供電質量差，線路損失嚴重等問題，因此提高功率因數就成為提高送電質量的關鍵。TSC是目前應用比較廣泛的一種無功補償的方法，在系統中加入控制芯片，可以使其實現實時動態補償的目的。本文以DSPIC控制器為核心，通過對農網中三相電流、電壓的實時采樣，并將數據送入DSPIC中進行分析處理，來確定無功補償的容量和方法，進而控制電容器組的投入與切除，來達到補償的目的，以減少企業及個人的損失。

2TSC構成及控制器的工作原理

2.1晶閘管投切電容器（TSC）

TSC結構為兩個反并聯的晶閘管和一個小電感及一個電容器相串聯。兩個晶閘管的作用是將電容器并入電網或從電網中切除，小電感的作用是抑制電容器投入電網時的沖擊電流。用于三相電路時，可以采用角接或星接，本文采用容值為C、2C、4C、8C的電容器分組方式進行投切，這樣能實現C至15C的15級大范圍的無功補償目的。

2.2DSPIC無功補償控制器的工作原理

TSC控制系統如圖1所示，在工作時，分別通過傳感器對三相電流、電壓進行采集測量，將其轉化為小的電流電壓信號：再通過低通濾波、放大環節將信號中的高次諧波濾除，使其信號滿足DSPIC控制芯片的要求，以保證所采集的信號能夠做到滿足采樣定理，并且最大不失真的送入DSPIC的AD中，通過FFT算法計算出諧波含量以及實時的有功功率、無功功率及功率因數等相關參數，并將其顯示出來，補償的參考門限可以人為設定;通過相關參數的計算來確定當前系統中所需要補償的無功含量的多少，進而通過DSPIC控制晶閘管的開通與關斷，實現了電容器組的投入與切除，以實現無功補償的目的。

3無功補償控制器的硬件構成

3.1信號的采集與處理

先將三相電壓電流信號分別通過互感器變為小的電信號，再通過低通濾波器送入DSPIC自帶的AD中，對信號進行模數轉換。DSPIC自帶的AD為單+5V供電的高速，低功耗12位模數轉換芯片，它具有16個輸入通道，每個通道內含有一個16位寄存器，轉換速率為100ksps，且每個通道都自帶采樣保持器。

3.2方波產生電路

將濾波后的信號送給同步方波產生電路，再通過光耦送給DSPIC的捕捉引腳，其目的是通過DSPIC的定時器測出兩個上升沿之前的時間間隔，即通過測量出正弦信號過零點之間的時間，而得到電網信號的周期。再由采樣點數計算出采樣頻率，以保證采樣同步，消除非同步采樣引起的頻譜泄漏，保證了測量的精確性。

3.3驅動控制單元

MOC3041是一種帶過零觸發的線性光耦，其內部器件能夠自動檢測晶閘管兩端的電壓，當同時滿足電壓過零和觸發電平時，即為導通狀態，將電容器組投入電網中，由于是過零觸發，抑制了涌流的產生，并且具有很強的抗干擾性，而且結構簡單，成本低，應用方便。

3.4基于RS-485通信技術

采用了RS-485異步串行通信技術，RS-485的接口電平較低，不易損壞接口電路的芯片;數據最高傳輸速率為10Mbps;采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好;最大的通信距離約為1219M，并且控制簡單，成本低，能很好的滿足農村電網中的通訊要求。

4結語

無功補償作為提高供電質量，降低線損的重要措施之一，已經被廣泛應用于各電壓等級的電網中。目前，就農網而言，功率因數普遍在0.60-0.85之間，整體上處于偏低的水平，通過無功補償技術不僅能改善農網功率因數和電壓質量，而且.可以提高農網的經濟運行水平。本文以DSPIC30F6014芯片為核心，采用了片內12位的高速AD對電網的電壓電流信號進行采樣轉換，并且結合了FFT算法，實現了對信號的快速、實時的檢測和處理，使系統的響應速度大大提高，真正實現了無功功率的快速高效的補償。

參考文獻

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