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低压无功功率补偿控制器的设计及应用

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低压无功功率补偿控制器的设计及应用

发布日期:2015-05-13 00:00 来源:http://www。beiyuankeji。com 点击:

常规的无功补偿控制器只能实现共补,而实际工业现场往往是三相不平衡负载,故需要针对某一相进行无功补偿,即分补偿。常规控制器普遍采用一种编码方式,即等电容循环投切,电网所要补偿的容性无功功率的数值往往是连续的不分等级,单只电容器容量可能过大,造成过或欠补,补偿精度欠佳。为了解决上述问题,因此本文介绍了一种以ARM为核心,研制的一款高性价比的ARC低压无功功率自动补偿控制器。

1设计要求

根据现有市场上的低压无功补偿控制器的功能特点及实际需求,确定ARC低压无功补偿控制器包括如下要求:

1)控制器输出电路采用编码工作方式;

2)控制器取样物理量采用以基波无功功率为主,基波功率因数为辅作为投切依据;

3)采用FFT实现无功的精准计算;

4)采用混合补偿(三相共补、单相分补)方式,分为静态和动态补偿。

5)基本保护功能:过电压、欠电压、欠流、断相、电压过畸变、温度保护等保护功能;

6)基本测量功能和通讯功能:电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电压畸变率、功率因数、温度等基本测量功能,RS485通讯接口,采用Modbus通讯协议;

7)安装方式采用导轨和嵌入式安装;

8)电磁兼容符合以下标准:GB/T 17626.2-2006GB/T17626.4-2008GB/T 17626.5-2008

以上要求符合JB/T9663标准。

2 硬件设计

根据产品功能,经过方案论证,设计出ARC低压无功功率补偿控制器功能图,包括电源电路,三相交流电压电流采样电路,测频电路,温度采集电路,按键输入电路,报警输出电路,开关量输出电路,LED显示电路,CPU,485通讯电路。这里重点介绍电压采样电路、测频电路和通讯电路。

2.1电压和频率采样电路

电压和频率采样电路如图2所示,电压信号UA经电阻分压,信号处理后, UAO直接进入CPU,实现电压采样。UAO经过RC滤波,再经过迟滞比较器,可生成同频率的基波方波FRE,实现频率的采样。图37 THD15% 50HZUAO的电压波形,图4是经过RC滤波之后的UAO1电压波形,这就保证了进入迟滞比较器的波形是基波波形。

频率采样有硬件和软件测频,软件测频算法复杂,计算量大,精度不高,硬件测频计算量小,精度高。该硬件测频电路的优势是:1、实现测频率的同时,实现电压采样 2、减少CPU的运算。3、泄漏误差小于基波幅值的0.02%,满足FFT分析处理谐波时的精度要求。

2.2通讯电路

ARC具有通讯功能,硬件采用RS485通讯接口。RS485通讯电路中采用硬件自动控制收发电路,不用单片机进行控制,可以减轻单片机的负担,为满足工频耐压要求制作PCB时要做好隔离措施。通讯电路如图6所示。一路485通讯电路可以将实时电参数上传到监控中心,便于对现场设备观察,另一路485通讯电路做子母机扩展使用,通过主机实现对从机的控制。

3 软件设计(略)

本产品的主程序包括数据采集、FFT计算、电容投切、基本保护、显示程序、按键处理、人机交互、通讯等子程序。各部分程序采用模块化设计,便于维护。这里主要介绍基于FFT的无功测量算法和电容投切。

4 应用实例

某冶金车间变配电室供电系统为10kV供电,其中容量为800kVA100.4kV变压器一台,变压器的负载率在65%左右,主要负载为交流电动机 (感性负载),总体的功率因数在0.5左右,电网谐波主要是5次和7次谐波。

根据上述电网参数的特点我们确定补偿总容量为275KVA,滤波电抗器选择电抗率是7%的电抗器,投入门限设为0。9,切除门限设为0.98,共补4路,编码方式是1.1.2.4,共补容量:25kvar25kvar50kvar100kvar;分补3路,编码方式是1。2。2,分补容量:5kvar,10kvar,10kvarARC可自动完成电容器的投切,投切稳定,没有投切震荡。

安装本控制器后,电流降低40A,电网功率因数从0。5提高到0.95,电费从12000



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