基于S3C2440的无功功率补偿控制系统研究

李 远，崔羊威

（漯河职业技术学院电气电子工程系，河南 漯河 462000）

1 无功补偿原理

相对于电力系统有功功率而言，电力系统无功功率缺乏明显的界定，可以理解为电路复功率的虚部，若电路系统有谐波存在时，无功功率更是缺乏统一定义。在功率输送方面，有功功率的输送要求送电端和受电端的电压有一定的相位差，与有功功率的输送不同的是，无功功率的输送要求送电端和受电端的电压有一定的电压差。电力系统中所有分部件都消耗一定的无功功率，需要消耗就得补偿，这就是无功补偿。当有功功率保持不变时，电路系统需要消耗的无功功率与cosΦ有关，二者具有负相关关系。考虑到无功功率的传输特点，若长距离传输，则需要消耗更多的输配电设备资源，所以对于无功功率的处理最好的做法就是就地平衡，结合链路的实际需求安装相应容量的无功补偿设备（如：电容器等）。结合无功负荷实际情况，为了使电力系统在功率因数较高的数值下运行，需要对无功补偿设备及时打开与关闭。无功补偿基本思路是使得电路系统中的能量在容性负荷与感性负荷中来回交换，使他们相互对无功功率进行补偿。

2 主系统工作流程分析

通常无功补偿装置形式多样化，例如饱和电抗器型、和饱和电抗器型、和饱和电抗器型等，考虑到性价比，本文选取和饱和电抗器型（TSC型）作为本系统的无功补偿装置，其借助于晶闸管实现无触点投切开关，采取过零投切的手段，能够快速投切电容器的无过渡过程，保证了无功功率的有效补偿，使得电路系统更加平衡，图1为饱和电抗器型的工作过程。

图1 主电路接线图

3 硬件电路设计

结合主系统工作流程的分析，本文所要设计的控制电路有个很明确的方向，作为控制系统的输入端，电压与电流分别经过电压互感器与电流互感器进行采集，然后进行低通滤波，处理完之后经过模数转换送给S3C2440进行数据处理。结合投切控制需求，产生相应的投切控制脉冲，电容器依照投切控制脉冲进行工作，工作状态实时显示在LED上，硬件的总体结构系统框图如图2所示。

图2 系统主框图

3.1 电压电流检测电路设计

互感器输出的信号为电流信号，但是S3C2440的采样信号需要的是电压信号，因此电流信号应该经过转换电路变成电压信号。互感器产生的信号通过都含有高次谐波。因此为了降低高次谐波带来的影响，电压信号需要经过RC低通滤波器进行滤波处理，经过RC低通滤波器滤波之后的电压信号在传输给AD之前，为了防止电压信号太大而损坏AD导致信号失真，因此在AD之前需要增加稳压管构成钳位电路，电压电流检测电路如下页图3所示。

图3 电压电流有效值测量电路

3.2 功率因数角检测电路设计

对于功率因数角检测电路的设计，应理解信号有线电压Uca与一相电流Ib之间的关系，由图4可知，这两者之间的夹角θ与被测相角Φ之间存在有规律的几何关系。

图4 相角Φ与θ角间的对应关系

基于以上理解，本文设计的功率因数的测量电路如图5所示。

图5 功率因数测量电路

4 软件设计

为了使硬件系统稳定的工作，使数据的采集、链路的控制、人机的交互更科学，此部分对无功补偿控制系统的软件设计进行说明。系统上电之后进行初始化各个参数配置，分为系统初始化与待存储数据的初始化，接着读取电网参数，之后判断是否需要刷新LED、是否需要投切电容操作等，主程序图如图6所示。

图6 主程序流程图

5 结语

本文对无功补偿技术的相关原理进行了阐述，在基于S3C2440控制器的基础上，对无功功率补偿控制系统进行了设计，包含了硬件设计与软件设计，实现了无功功率有效控制。本设计能够显著提高电路系统稳定性，具有较强的理论意义与实践意义。随着国家基建投入的不断增强，电网建设覆盖面也会不断扩大，这就对电压质量给予了更高的要求，相应的也会对无功功率补偿提出更高的要求，所以无功功率补偿系统设计方面今后还需不断的优化和完善。