有功均衡及无功补偿控制系统设计中的控制输出模块

林丹

摘要：有功均衡补偿控制系统的设计中，控制输出模块是人进行操作的窗口。在这个设计中，采用ULN2803AN进行键盘模块的设置，对整个系统进行简化；选用晶闸管进行电容的投切，利用ULN2803AN进行驱动晶闸管模块的设置，从而实现对电容器的投入和切除工作。

关键词：有功均衡补偿装置；控制输出模块；晶闸管

为了实现有功功率均衡方案，系统需要实时检测电网中三相电流的大小，再通过测得的三相电流大小进行三相电源电流的均衡。在对三相电流的均衡过程中，系统采用对三相电网之间的线级间进行电容投切，从而对三相电网中的电流大小进行转移。在三相电流均衡过程中，系统会造成三相电源的无功功率增大，为了提高系统的电能利用效率，系统采用无功补偿装置进行无功功率大小的监测，再通过分电容进行电容的投切。

为了保证系统投切电容的有效性，系统需要实现电容投切的准确性和无震荡等特性；选用晶闸管进行电容的投切，利用ULN2803AN对驱动晶闸管模块进行设置，从而实现对电容器的投入和切除工作。

有功均衡及无功补偿装置系统中，电容的投切方式通常采用三角形接法、星型接法、均衡电容接法、三角形与星型混合接法。其中，三角形接法为三相共补方式；星型接法为三相分补方式；星型和三角形混接方式采用三相共补和三相分补相结合的方式。本系统需要实现有功均衡及无功补偿功能，因此，采用均衡电容接法和分补方式接法。其投切电容接到AC相、BC相和AB相之间以及AN相、BN相和CN相之间。由于日常生活上的一些用电设备大多可以假设为电阻R和电感L串联电路等效，根据公式，其功率因素可以表示成；

cosφ=RR2+（wL）2

根据电感元件固有特性可知，电感上流过的电流相位滞后于电压相位90°。为了降低电网中无功功率大小，需要在电网中进行电容补偿，减少电压和电流之间的相位差大小。由于电容电流超电压相位90°，根据向量法可知，投入电容器后，负载的电流滞后电压角度变为φ2，其中φ2<φ1。根据余弦定理可知，系统通过投入电容来提高电网功率因素。当系统投入的电容容量小于所需的无功容量时为欠补偿情况，当系统中投入电容值过大时，其容易造成补偿后的电流超前电压一定的相位，为过补偿情况。为了提高电网能源利用效率，一般不希望出现过补偿和欠补偿。

电容投切方式主要有三种方式：

第一，交流接触器投入方式，其具有较简单的操作方式，由于交流接触的触头使用寿命有限，降低了系统整体使用寿命，从而造成交流接触方式不能经常进行电容投切，此处会造成系统今后使用时成本升高和系统不稳定等问题。

第二，晶闸管电容投切方式，该方式使是通过控制晶闸管的导通和关断进行电容的投切，由于晶闸管相比交流接触方式具有寿命长等优点，使得晶闸管电容投切方式被广泛使用。其基本原理是将电容分成若干组，各组电容均可通过晶闸管进行投切，有效提高系统的整体寿命。

第三，复合开关投入型，其采用的晶闸管和磁性保持开关进行并联运行方式，该开关相比上面两种方式具有更高的响应速度和更低的功耗等优点，且复合开关投入型开关具有低功耗等优点，这就使得复合型开关被广泛应用于无功补偿装置中。

由于三相电网在实际的运行环境中，往往存在Ia>Ib或者Ia>Ic的情况，为了保证三相电网的可靠性，系统需要对电网电流进行均衡处理，本系统通过在三相电源线之间接上均衡电容，采用电容的投切对有功功率进行转移处理。当Ia电流相对其他两相电流比较大时，系统通过在Ua和Ub之间接入电容，由于电容的Ica电流滞后于Uca，通过电流Iac将有用功率进行转移，从而实现有功均衡。

在对系统进行有功均衡过程中，系统会产生一定的无功功率，为了保证电网电能质量，系统还需要对电网中无功功率进行补偿处理。

本设计在系统中起着显著的作用，在整个硬件环节中不可或缺。正是利用了本设计的原理和具体实施，才使有功均衡得以实现，但设计还不够完美，需要在使用过程中进一步进行改善。

参考文献：

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