當(dāng)前，許多工礦企業(yè)使用的功率因數(shù)補(bǔ)償器大部分是采用三相同時補(bǔ)償?shù)姆绞�，這在三相負(fù)載對稱或基本對稱時補(bǔ)償效果較好的。但現(xiàn)在許多用電對象是大量的不對稱三相負(fù)載，如科研單位、賓館、百貨大廈、高等學(xué)校、機(jī)關(guān)等，這些單位使用大量的單相感性負(fù)載(如空調(diào)、電扇、電取暖設(shè)備、各大型照明設(shè)備、廣告燈設(shè)備)，雖然這些單件負(fù)載的無功損失不大，但作為整個單位或一個區(qū)域積少成多，其功率損失也不可小視。顯然，對這類三相不對稱負(fù)載的用電戶必須采用各相分別補(bǔ)償?shù)姆绞教岣吖β室驍?shù)。

在本文中，采用picl6c72單片機(jī)實現(xiàn)三相不對稱負(fù)載的無功補(bǔ)償，并提出了補(bǔ)償電容容量的優(yōu)選算法及負(fù)載性質(zhì)判定算法。

2 補(bǔ)償電容容量的優(yōu)選算法

為使補(bǔ)償?shù)娜萘窟x擇更加合理和適用，我們對補(bǔ)償?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和實際情況進(jìn)行測量和定性，來決定此補(bǔ)償器的具體補(bǔ)償容量，以達(dá)到非常合理和有效的補(bǔ)償效果。

根據(jù)無功功率容量的計算表達(dá)式：

這就是無功補(bǔ)償最佳容量的計算式。

其中：kb：無功補(bǔ)償?shù)木C合投資率(元／kvar)；

u：網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行電壓(v)；

q1，q2：補(bǔ)償前后的無功功率(kvar)；

q：補(bǔ)償裝置的無功容量(kvar)；

pd：變壓器的短路有功功率(kw)；

sn：變壓器的額定容量(kva)；

β：單位電價(元／kwh)；

i：無功補(bǔ)償裝置綜合運(yùn)維費(fèi)率(％)，根據(jù)銀行利率和折舊而定；

n：無功裝置使用年限，一般以電容器壽命10年估計。

3 負(fù)載性質(zhì)判定(相位測量)算法

負(fù)載性質(zhì)(感性和容性)的判定決定著補(bǔ)償電容的投切情況，直接影響著輸電線路上的功率因數(shù)，對功率因數(shù)和用電質(zhì)量的改善有著決定性作用。而負(fù)載性質(zhì)又由線路中電壓和電流的相位差決定。

因此，電壓和電流相位差的準(zhǔn)確測量決定著用電線路的無功功率計算的準(zhǔn)確性以及投切電力電容的合理性，他對整個補(bǔ)償系統(tǒng)都是非常重要的。

為了能夠準(zhǔn)確地測量相位，我們采用數(shù)字鑒相法。所謂數(shù)字鑒相是指通過將兩路信號比相，在鑒相輸出信號的正脈沖內(nèi)填入高速脈沖，通過記錄填入的脈沖數(shù)來測相位差。

picl6c72單片機(jī)自身會產(chǎn)生高速的數(shù)字時鐘脈沖，這就可以直接利用該單片機(jī)的時鐘脈沖進(jìn)行相位的測量。電壓與電流的波形關(guān)系如圖1所示。

圖1中a相電壓ua，a相電流ia與比較器ull，u12的輸出電壓波形u1，u4的關(guān)系，顯然△t與u4，ia之間的相位差φa成正比，△又與u1，u4正跳變時定時器t1計數(shù)值之差△n成正比，這樣只要得到△n就可得出φa的值。該系統(tǒng)中，picl6c72采用12mhz晶振，定時器l每隔2／μs計1個數(shù)。定時器1是16位計數(shù)器，他從0～65 536不停的循環(huán)增1計數(shù)運(yùn)行；定時器2是8位計數(shù)器，他從0～256循環(huán)計數(shù)，預(yù)、后分頻各16倍，an的計算式：

△n＝(b一a ×256)+65 53× n

其中：a為u1發(fā)生正跳變時定時器的值；b為u4發(fā)生正跳變時的定時器的值；n為2個事件發(fā)生的間隔期間定時器的溢出次數(shù)。

因此△n為：

△t＝△n ×2 ×10-6(s)

因為△n的最小值小于5ms(工作信號的1／4周期)，而t1從0～65 536計數(shù)的時間是：

65 536 ×2 × 10-6 (s)＝131．072(ms)

因而在u1發(fā)生正跳變到u4發(fā)生正跳變之間t1溢出的次數(shù)最多為1，即n只有2個取值：0和1，電壓ua與電流ia的相位差φa為：

根據(jù)保持寄存器和時間寄存器記錄的8次事件可得出4個φa值，經(jīng)過數(shù)據(jù)中值濾波、平均值濾波即可得到較準(zhǔn)確的φa值。再通過查表法得到a相功率因數(shù)cosφa。同理控制多路模擬開關(guān)可測出b相，c相的相位差和功率因數(shù)。

4 投切容量控制算法

當(dāng)測得相位差φa，φb，φc后，根據(jù)正負(fù)判斷可得知是感性負(fù)載還是容性負(fù)載，感性負(fù)載時要投入電容器，容性負(fù)載時要切除電容器，投切的電容量根據(jù)測得的電壓、電流值的大小來確定。圖2是電容負(fù)載的等效電路和相量圖，φ1是電容未投入時的相位差，φ是投電容后的電位差，i1是負(fù)載的電流(即電容未投前補(bǔ)償器測得的交流電流的i1相量)，ic是投上電容中流過的電流。由相量圖可知投上電容后φ最好為0，補(bǔ)償以此為根據(jù)計算需投入的電容值，由向量圖可得出：

若每組待投入電容的容量為co，則需投入電容值的組數(shù)k為：

k=c/co (小數(shù)點后舍去)

根據(jù)k值，可一次將需投入的電容(x組電容)同時投合