低压无功功率补偿控制器的设计及应用.pdf

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1、制造商园地低压无功功率补偿控制器的设计及应用杨晨赵波2江东流2周佳2邵桦2(1．中国海诚工程科技股份有限公司第四咨询设计所，上海200031；(2．江苏安科瑞制造有限公司，江苏江阴214400)摘要本文介绍一款以基波无功功率和基波功率因数为电容投切依据的ARC低压无功功率自动补偿控制器。该控制器以ARM为核心，使用FFT算法实现基波无功和谐波的计算；采用编码方式精确配置共补电容器和分补电容器运行结果表明，该控制器能有效的提高线路功率因数，实现节能降耗。关键词：无功补偿；ARM；FFT；电容投切常规的无功补偿控制器只能实现共补，而实际2硬件设计工业现场往往是三相不

2、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根据产品功能，经过方案论证，设计出ARC低一种编码方式，即等电容循环投切，电网所要补偿压无功功率补偿控制器功能图如图1所示，包括电的容性无功功率的数值往往是连续的不分等级，单源电路，三相交流电压电流采样电路，测频电路，只电容器容量可能过大，造成过或欠补，补偿精度温度采集电路，按键输入电路，报警输出电路，开欠佳。为了解决上述问题，因此本文介绍了一种以关量输出电路，LED显示电路，CPU，485通信电ARM为核心，研制的一款高性价比的ARC低压无路。这里重点介绍电压采样电路、测频电路和通信功功率自动

3、补偿控制器。电路。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)基本测量功能和通信功能：电压、电流、频图1ARC低压无功功率补偿控制器功能图率、有功功率、无功功率、电压畸变率、功率因数、2．1电压和频率采样电路温度等

4、基本测量功能，RS485通信接口，采用电压和频率采样电路如图2所示，电压信号uAModbus通信协议。经电阻分压，信号处理后，【，Ao直接进入CPU，实7)安装方式采用导轨和嵌入式安装。现电压采样。。经过RC滤波，再经过迟滞比较器，8)电磁兼容符合以下标准：GB／T17626．2—可生成同频率的基波方波FRE，实现频率的采样。2006、GB／T17626．4—2008、GB／Tl7626．5—2008。图3是7次THD15％50Hz的。的电压波形，图4以上要求符合JB／T9663标准。是经过RC滤波之后的o】电压波形，这就保证了2015年第6期电

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6、5制造商园地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。c图5通信电路3软件设计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、通信等子程序。各部分程序采用模块化设计，Rl6便于维护。这里主要介绍基于FFT的无功测量算法图2电压和频率采样电路和电容投切。动作3．1基于FFT的无功测量算法豳无功补偿

7、中常用的无功功率测量算法有：快速格式傅里叶变换(FFT)测量法，FFT算法的优点是测于量精度高，但存在着计算量较大，实时性不好的缺八八点；另一种是实时性好的数字移相测量法，但此算储存法在测量信号含有谐波时测量误差较大【1]。本文采用ARM进行FFT运算，利用ARM处理器的快速当前目录是A：k性解决了实时性不好的问题，同时对电参量进行实图37次THD15％50Hz的电压波形时地检测和处理，可以达到无功补偿的最佳效果。动作这种算法是通过对点的时间序列厂()的逐步圃分解而得到。对电压、电流分别采样Ⅳ个数值，格式构成两个数组，送去进行FFT运算，分别进行倒位-关于序，蝶

8、形运算得到基波电压、基波电流幅值的实部．＼．／^＼／^＼：和虚q]。考虑到ARM的运算速率，本系统每个储存周期采样64个点送去FFT运算，单次算法计算时间为80ms，可满足需要。根据以上得到的运算结果，当前目录是^：、如表1所示。图4RC滤波之后的50Hz电压波形表1FFT计算结果2．2通信电路名称计算公式ARC具有通信功能，硬件采用RS485通信接口。RS485通信电路中采用硬件自动控制收发电路，不基波电压有效值U1=√(Re(()))+(Im(【，()))用单片机进行控制，可以减轻单片机的负担，为满足基波电流有效值I1=√(Re(，()))+(Im(，(／i

9、)))工频耐压要求制作P