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無功補(bǔ)償控制器的選擇
日期：2025-05-09 09:54
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摘要：
無功補(bǔ)償控制器是無功補(bǔ)償裝置的核心部件，具有舉足輕重的地位，大部分無功補(bǔ)償裝置的生產(chǎn)廠家都是買來控制器然后自行裝配整機(jī)，具有設(shè)計制造控制器能力的廠家不多，能夠設(shè)計制造出性能優(yōu)異的控制器的廠家更是鳳毛麟角。
現(xiàn)有的低端控制器都是以功率因數(shù)為依據(jù)進(jìn)行控制的，這種控制器雖然價格低廉、性能很差，已屬于淘汰之列，因此這里不做介紹。
現(xiàn)有的**控制器都是以無功功率為依據(jù)進(jìn)行控制的，但除此之外，往往將設(shè)計重點(diǎn)放在漢字顯示以及數(shù)據(jù)通訊等方面。其實(shí)要真正實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償控制是一件相當(dāng)復(fù)雜的事情，實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償控制是無功補(bǔ)償控制器的主要功能，只有在主要功能相當(dāng)完善的情況下，才能考慮附加功能。下面詳細(xì)介紹一下對控制器的設(shè)計要求以及一些基本的設(shè)計方法。
1、對測量精度的要求
要實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償就必須對無功電流進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。
因?yàn)殡妷旱淖兓秶^小，因此對電壓的測量精度要求不高，通常有1%的測量精度就足夠了。通常的情況下，不測量電壓也可以實(shí)現(xiàn)很好的無功補(bǔ)償控制，對電壓的測量主要是為了實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、以及缺相等保護(hù)功能。
對電流的測量靈敏度要求要高一些。對于使用8位單片機(jī)的低檔控制器，測量靈敏度要達(dá)到1%以上。注意這里強(qiáng)調(diào)的是“測量靈敏度”而不是“測量精度”，1%的電流測量靈敏度即相當(dāng)于可以區(qū)分1%的電流變化，例如電流互感器的一次電流為500A，則意味著可以區(qū)分從100A到105A的電流變化，并不要求100A的電流測量值**準(zhǔn)確。對于使用32位單片機(jī)的**控制器，測量靈敏度要達(dá)到0.1%以上，否則就談不到**了。同樣的道理，測量的靈敏度要達(dá)到0.1%，意味著測量值應(yīng)該有4位有效數(shù)字，但同樣并不要求**準(zhǔn)確。對無功補(bǔ)償控制器要求0.1%的測量精度是不現(xiàn)實(shí)的，也沒有實(shí)際意義。但是控制器的測量值*好能在現(xiàn)場進(jìn)行校正。
對功率因數(shù)測量的靈敏度要達(dá)到0.001。準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是對相位差的測量要求，因?yàn)闇y量無功功率并不需要使用功率因數(shù)值。這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，對無功電流的計算應(yīng)該使用Iq=I×sinφ的公式來進(jìn)行計算，而sinφ的值應(yīng)該根據(jù)相位差的值直接進(jìn)行計算，不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2的公式計算，否則當(dāng)相位差在0度附近時，cosφ的微小變化會導(dǎo)致sinφ的很大變化，導(dǎo)致sinφ的值誤差太大。例如cosφ=0.99時，對應(yīng)的相位差是8.1度，對應(yīng)的sinφ值為0.14，意味著0—0.14之間其他sinφ值檢測不到。
對相位差的測量要求達(dá)到整個-180—+180度范圍。有一些控制器具有電流互感器接反的自動識別功能，這種控制器以有功必須為正值來判斷互感器的正反，相當(dāng)于-90—+90度范圍，這就可能以下的問題：
(1)當(dāng)負(fù)荷處于發(fā)電狀態(tài)時會出現(xiàn)檢測錯誤。
(2)當(dāng)負(fù)荷為純電感或純電容時，由于有功電流約等于零，可能會將電感誤判斷為電容或者將電容誤判斷為電感。而負(fù)荷為純電容的狀態(tài)經(jīng)常會出現(xiàn)，例如負(fù)荷為單一大負(fù)荷而負(fù)荷停機(jī)時，無功補(bǔ)償電容器尚在運(yùn)行，于是變壓器二次電流就變?yōu)榧冸娙蓦娏?，如果將這個電流誤判為電感電流，控制器就會繼續(xù)投入電容器，直至將所有的電容器全部投入運(yùn)行，造成嚴(yán)重的過補(bǔ)償現(xiàn)象。
2、顯示器的選擇
*常用的顯示器件就是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管價格低廉、可靠性高。但是顯示復(fù)雜操作麻煩。所以現(xiàn)在大部分**控制器都使用液晶顯示器，液晶顯示器可以顯示漢字，圖形等，使用時候更加方便，在有照明的情況下也比較省電，而且隨著近年來技術(shù)的發(fā)展，液晶顯示器的可靠性也得到了保障。
3、參數(shù)設(shè)定功能
對于以無功功率為依據(jù)進(jìn)行控制的無功補(bǔ)償控制器，參數(shù)設(shè)定功能是必備的。在控制器制造的時候，電容器的額定容量，電流互感器的變比等參數(shù)無法事先確定，只能根據(jù)無功補(bǔ)償裝置的實(shí)際情況及現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)定，因此控制器必須具備參數(shù)設(shè)定功能。設(shè)定的參數(shù)應(yīng)保證不會因掉電而丟失。
*直接的保存設(shè)定參數(shù)的方法就是使用EEPROM器件，如24C02等。有一些單片機(jī)具有片內(nèi)EEPROM，這樣就可以減少外圍器件數(shù)量。還有一些32位單片機(jī)具有在應(yīng)用編程功能，也就是說，可以在程序運(yùn)行過程中修改片內(nèi)FLASH程序存儲器的內(nèi)容。對于32位單片機(jī)也可以將設(shè)定參數(shù)保存在FLASH程序存儲器中，不過在應(yīng)用編程的程序設(shè)計比較復(fù)雜一些。
4、保護(hù)功能的設(shè)計
電容器的過載無非是由于電壓過高或者是諧波過大而引起，因此在控制器中設(shè)計過電壓保護(hù)功能是必要的。在能力允許的情況下，應(yīng)該在控制器中設(shè)計電壓諧波檢測功能，因?yàn)閷?dǎo)致電容器諧波過載的根本原因是電壓畸變，檢測電壓諧波就可以實(shí)現(xiàn)對電容器的諧波過載保護(hù)。有了過電壓保護(hù)和諧波過載保護(hù)則熱繼電器就可以取消。既節(jié)省了體積與成本又減少了故障點(diǎn)。
5、電容器的投入與切除控制策略
電容器的投入與切除應(yīng)該分步進(jìn)行，不應(yīng)在一步操作中同時投入或者切除多臺電容器。否則過大的電流突變會對系統(tǒng)造成比較大的影響，也不利于實(shí)現(xiàn)**的補(bǔ)償效果。
同時，對于安裝有不同規(guī)格電容器的補(bǔ)償裝置，電容器的投切應(yīng)該盡量簡潔，以便盡量減少電容器的投切次數(shù)，并且可以*快的滿足補(bǔ)償要求。不應(yīng)按*小步進(jìn)臺階一步一步遞增或遞減。
例如補(bǔ)償裝置**有三種規(guī)格的電容器，分別為10Kvar、20Kvar、40Kvar，如果測量出所需要的無功補(bǔ)償量為40var以上，則應(yīng)該直接投入一臺40var的電容器。同樣的道理，當(dāng)測量出多余的無功補(bǔ)償量為30var以上，則應(yīng)該直接切除一臺40var的電容器。
6、輸出電路的設(shè)計
通?？刂破鞯妮敵龆际怯糜诳刂平涣鹘佑|器或復(fù)合開關(guān)，*常見的就是220V交流輸出。輸出的路數(shù)視要求而定，通常10路就可以了。
*常見的輸出元件是電磁繼電器，選用電磁繼電器的*重要的原則是繼電器銜鐵本身不能與接點(diǎn)有電連接，不少繼電器的銜鐵本身就是動接點(diǎn)的一部分，于是繼電器鐵芯帶電，當(dāng)線圈絕緣出現(xiàn)問題時，強(qiáng)電就會竄入控制部分造成嚴(yán)重?fù)p壞。而對于銜鐵與接點(diǎn)沒有電連接的繼電器，則不會出現(xiàn)強(qiáng)電竄入控制部分的現(xiàn)象。
當(dāng)電磁繼電器接點(diǎn)斷開時，由于接觸器線圈是大電感電流不能瞬變，會產(chǎn)生很高的電弧電壓，因此必須連接阻容吸收元件，否則會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。
輸出元件也可以使用電子繼電器，電子繼電器的內(nèi)部是晶閘管，由于晶閘管可以電流過零關(guān)斷，因此不需要使用阻容吸收元件，并且驅(qū)動電壓電流都很小,比較容易實(shí)現(xiàn)控制。質(zhì)量好的電子繼電器價格較高。質(zhì)量不好的電子繼電器容易產(chǎn)生誤觸發(fā)，造成上電時接觸器抖動。
輸出電路也可以使用雙向晶閘管，這時晶閘管的驅(qū)動電路稍微復(fù)雜一些，但是成本很低,可靠性也可以做得很好。
現(xiàn)有的低端控制器都是以功率因數(shù)為依據(jù)進(jìn)行控制的，這種控制器雖然價格低廉、性能很差，已屬于淘汰之列，因此這里不做介紹。
現(xiàn)有的**控制器都是以無功功率為依據(jù)進(jìn)行控制的，但除此之外，往往將設(shè)計重點(diǎn)放在漢字顯示以及數(shù)據(jù)通訊等方面。其實(shí)要真正實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償控制是一件相當(dāng)復(fù)雜的事情，實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償控制是無功補(bǔ)償控制器的主要功能，只有在主要功能相當(dāng)完善的情況下，才能考慮附加功能。下面詳細(xì)介紹一下對控制器的設(shè)計要求以及一些基本的設(shè)計方法。
1、對測量精度的要求
要實(shí)現(xiàn)**的無功補(bǔ)償就必須對無功電流進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。
因?yàn)殡妷旱淖兓秶^小，因此對電壓的測量精度要求不高，通常有1%的測量精度就足夠了。通常的情況下，不測量電壓也可以實(shí)現(xiàn)很好的無功補(bǔ)償控制，對電壓的測量主要是為了實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、以及缺相等保護(hù)功能。
對電流的測量靈敏度要求要高一些。對于使用8位單片機(jī)的低檔控制器，測量靈敏度要達(dá)到1%以上。注意這里強(qiáng)調(diào)的是“測量靈敏度”而不是“測量精度”，1%的電流測量靈敏度即相當(dāng)于可以區(qū)分1%的電流變化，例如電流互感器的一次電流為500A，則意味著可以區(qū)分從100A到105A的電流變化，并不要求100A的電流測量值**準(zhǔn)確。對于使用32位單片機(jī)的**控制器，測量靈敏度要達(dá)到0.1%以上，否則就談不到**了。同樣的道理，測量的靈敏度要達(dá)到0.1%，意味著測量值應(yīng)該有4位有效數(shù)字，但同樣并不要求**準(zhǔn)確。對無功補(bǔ)償控制器要求0.1%的測量精度是不現(xiàn)實(shí)的，也沒有實(shí)際意義。但是控制器的測量值*好能在現(xiàn)場進(jìn)行校正。
對功率因數(shù)測量的靈敏度要達(dá)到0.001。準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是對相位差的測量要求，因?yàn)闇y量無功功率并不需要使用功率因數(shù)值。這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，對無功電流的計算應(yīng)該使用Iq=I×sinφ的公式來進(jìn)行計算，而sinφ的值應(yīng)該根據(jù)相位差的值直接進(jìn)行計算，不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2的公式計算，否則當(dāng)相位差在0度附近時，cosφ的微小變化會導(dǎo)致sinφ的很大變化，導(dǎo)致sinφ的值誤差太大。例如cosφ=0.99時，對應(yīng)的相位差是8.1度，對應(yīng)的sinφ值為0.14，意味著0—0.14之間其他sinφ值檢測不到。
對相位差的測量要求達(dá)到整個-180—+180度范圍。有一些控制器具有電流互感器接反的自動識別功能，這種控制器以有功必須為正值來判斷互感器的正反，相當(dāng)于-90—+90度范圍，這就可能以下的問題：
(1)當(dāng)負(fù)荷處于發(fā)電狀態(tài)時會出現(xiàn)檢測錯誤。
(2)當(dāng)負(fù)荷為純電感或純電容時，由于有功電流約等于零，可能會將電感誤判斷為電容或者將電容誤判斷為電感。而負(fù)荷為純電容的狀態(tài)經(jīng)常會出現(xiàn)，例如負(fù)荷為單一大負(fù)荷而負(fù)荷停機(jī)時，無功補(bǔ)償電容器尚在運(yùn)行，于是變壓器二次電流就變?yōu)榧冸娙蓦娏?，如果將這個電流誤判為電感電流，控制器就會繼續(xù)投入電容器，直至將所有的電容器全部投入運(yùn)行，造成嚴(yán)重的過補(bǔ)償現(xiàn)象。
2、顯示器的選擇
*常用的顯示器件就是LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管價格低廉、可靠性高。但是顯示復(fù)雜操作麻煩。所以現(xiàn)在大部分**控制器都使用液晶顯示器，液晶顯示器可以顯示漢字，圖形等，使用時候更加方便，在有照明的情況下也比較省電，而且隨著近年來技術(shù)的發(fā)展，液晶顯示器的可靠性也得到了保障。
3、參數(shù)設(shè)定功能
對于以無功功率為依據(jù)進(jìn)行控制的無功補(bǔ)償控制器，參數(shù)設(shè)定功能是必備的。在控制器制造的時候，電容器的額定容量，電流互感器的變比等參數(shù)無法事先確定，只能根據(jù)無功補(bǔ)償裝置的實(shí)際情況及現(xiàn)場情況進(jìn)行設(shè)定，因此控制器必須具備參數(shù)設(shè)定功能。設(shè)定的參數(shù)應(yīng)保證不會因掉電而丟失。
*直接的保存設(shè)定參數(shù)的方法就是使用EEPROM器件，如24C02等。有一些單片機(jī)具有片內(nèi)EEPROM，這樣就可以減少外圍器件數(shù)量。還有一些32位單片機(jī)具有在應(yīng)用編程功能，也就是說，可以在程序運(yùn)行過程中修改片內(nèi)FLASH程序存儲器的內(nèi)容。對于32位單片機(jī)也可以將設(shè)定參數(shù)保存在FLASH程序存儲器中，不過在應(yīng)用編程的程序設(shè)計比較復(fù)雜一些。
4、保護(hù)功能的設(shè)計
電容器的過載無非是由于電壓過高或者是諧波過大而引起，因此在控制器中設(shè)計過電壓保護(hù)功能是必要的。在能力允許的情況下，應(yīng)該在控制器中設(shè)計電壓諧波檢測功能，因?yàn)閷?dǎo)致電容器諧波過載的根本原因是電壓畸變，檢測電壓諧波就可以實(shí)現(xiàn)對電容器的諧波過載保護(hù)。有了過電壓保護(hù)和諧波過載保護(hù)則熱繼電器就可以取消。既節(jié)省了體積與成本又減少了故障點(diǎn)。
5、電容器的投入與切除控制策略
電容器的投入與切除應(yīng)該分步進(jìn)行，不應(yīng)在一步操作中同時投入或者切除多臺電容器。否則過大的電流突變會對系統(tǒng)造成比較大的影響，也不利于實(shí)現(xiàn)**的補(bǔ)償效果。
同時，對于安裝有不同規(guī)格電容器的補(bǔ)償裝置，電容器的投切應(yīng)該盡量簡潔，以便盡量減少電容器的投切次數(shù)，并且可以*快的滿足補(bǔ)償要求。不應(yīng)按*小步進(jìn)臺階一步一步遞增或遞減。
例如補(bǔ)償裝置**有三種規(guī)格的電容器，分別為10Kvar、20Kvar、40Kvar，如果測量出所需要的無功補(bǔ)償量為40var以上，則應(yīng)該直接投入一臺40var的電容器。同樣的道理，當(dāng)測量出多余的無功補(bǔ)償量為30var以上，則應(yīng)該直接切除一臺40var的電容器。
6、輸出電路的設(shè)計
通?？刂破鞯妮敵龆际怯糜诳刂平涣鹘佑|器或復(fù)合開關(guān)，*常見的就是220V交流輸出。輸出的路數(shù)視要求而定，通常10路就可以了。
*常見的輸出元件是電磁繼電器，選用電磁繼電器的*重要的原則是繼電器銜鐵本身不能與接點(diǎn)有電連接，不少繼電器的銜鐵本身就是動接點(diǎn)的一部分，于是繼電器鐵芯帶電，當(dāng)線圈絕緣出現(xiàn)問題時，強(qiáng)電就會竄入控制部分造成嚴(yán)重?fù)p壞。而對于銜鐵與接點(diǎn)沒有電連接的繼電器，則不會出現(xiàn)強(qiáng)電竄入控制部分的現(xiàn)象。
當(dāng)電磁繼電器接點(diǎn)斷開時，由于接觸器線圈是大電感電流不能瞬變，會產(chǎn)生很高的電弧電壓，因此必須連接阻容吸收元件，否則會產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。
輸出元件也可以使用電子繼電器，電子繼電器的內(nèi)部是晶閘管，由于晶閘管可以電流過零關(guān)斷，因此不需要使用阻容吸收元件，并且驅(qū)動電壓電流都很小,比較容易實(shí)現(xiàn)控制。質(zhì)量好的電子繼電器價格較高。質(zhì)量不好的電子繼電器容易產(chǎn)生誤觸發(fā)，造成上電時接觸器抖動。
輸出電路也可以使用雙向晶閘管，這時晶閘管的驅(qū)動電路稍微復(fù)雜一些，但是成本很低,可靠性也可以做得很好。
