[其他]电脑控制的功率因数补偿方法及其使用的电脑功率因数补偿器

说明书

本发明属于电力电子学科。

现市售的功率因数补偿器只能控制单台变压器。它补偿精度低;接触器动作频繁;负载变化剧烈时误动作多;需专用互感器。因此多为有单台或数台变压器的低压用户所使用。某些高压用户，往往拥有十几至近百台变压器，若每台配一套补偿器和庞大的高压互感器，则耗资过多，维护工作量很大。

电脑控制的功率因数补偿方法及其使用的电脑功率因数补偿器，主要是为解决上述问题而提出的。

本发明用TP-801单板机作控制器（这就省去了原功率因数补偿器的很多电路），实现电网功率因数的精确补偿，而其高速和用单台补偿器控制多台变压器是市售功率因数补偿器无法做到的。

图1是本方法的功能流程图。用相位信号产生电路定量地测量电网的相位角，然后试探性投入或切除一定的无功量。试投时，按从右至左（数的从小至大）的顺序把电容屏上第一个未投入的电容投入，切除时按同样顺序把第一个已投入的电容切除。试投切后，必然会使电网的相位角发生相应的改变。测到改变后的相位角，就可据已知数据算出电网所需无功量。

图2是本方法的相位差产生电路，该电路通过一电压比较器将A、C相间的线电压变成占空比为1∶1的方波;通过一模拟开关把各被控变压器的B相电流信号送到另一比较器，产生同样的方波。显然只须增加模拟开关及译码电路就可扩充其控制路数。这种组合逻辑电路抗干扰性强，无须增设专用互感器，可与原电网仪表用互感器共用，而不影响仪表计量精度。在电流信号值不低于额定值3%时，即可正常工作，而在事故电流冲击时，有稳妥的保护。

无功的计算取决于相位角测量的精度。图2电路是将A、C相间线电压与B相电流进行比较，即在相位角为零的情况下，A、C相间线电压与B相电流相位相差 (π)/2 。这较同相电压电流比较有很大好处，即剔除了较小的相位角与干扰信号间含混不清的情况。

图3是相位差产生电路波形图。VS是电压方波信号，CS为电流方波信号，CVS为电压电流方波经异或门U₄所合成的信号，即电压与电流的相位差方波。2φ为系统时钟经二分频后得到的一串脉冲信号，该信号在CVS与VS的控制下向Z80A CTC发出计数脉冲PD、PT。Z80A CTC为四个8位二进制计数器，分别为CTC0、1、2和3通道。本方法将0通道与1通道串接，2通道与3通道串接，各构成一个16位二进制计数器，并将VS及CVS接至并行输入输出口Z80A PIO。计算机对VS及CVS进行软件采样、滤波，去掉干扰信号，其过程如图4。计算机首先在Z80A PIO上查看VS信号，找到上升沿UE1，延时td用以剔除干扰。然后在CVS端查找UE2上升沿，再返回VS端查找下降沿DE1，直至在CVS端找到上升沿UE3。延时td，在B1点将Z80A CTC置为计数态，准备累计PD、PT脉冲个数。从CPD点开始，CTC便自动累计VS与CVS信号中阴影部分。计算机在B1点将CTC置好后，继续按上述方式在CVS端查询，一直查到A2点，取出CTC通道2及通道3中数据，再查找到B2点，将通道0及通道1中数据取出。这里CTC通道0与通道1中的数据是信号的二分之一周期，即π。通道2与通道3中数据为实际相位角加 (π)/2 后得到的，故真正的相位角为通道2通道3中数据减去 (π)/2 ，至此，相位角测量毕。

如图1所示，两次相位角测量及试探性投入、切除一定的无功量后，已知数据有φ1、φ2和P无′，最后据已知数据算出电网所需无功，从而一次投、切成功。

图4说明电网功率因数随着试探性投入或切除后出现的四种不同情况：（a）P投＝P无-P无′·（b）P切＝P无′-P无·（c）P切＝P无-P无′·（d）P投＝P无′-P无。从图4（a）、（c）中得：

P 无 ＝ P 无’ · tg ｜ φ 1 ｜tg ｜φ 1 ｜ - tg ｜φ 2 ｜ ]]>

。从图4（b）、（d）中得：