农网中无功补偿装置的设计
摘要：在当今国民经济飞速发展时期，如何合理的利用能源成为了如今的一大课题。当今的电力系统中，负载绝大多数以感性存形式在，以农村为例，负载主要以电动机和变压器为主，这种负载的存在会产生大量的无功功率，导致农网中功率因数偏低，出现供电质量差，线路损失严重等问题，因此提高功率因数就成为提高送电质量的关键。TSC是目前应用比较广泛的一种无功补偿的方法，在系统中加入控制芯片，可以使其实现实时动态补偿的目的。本文以DSPIC控制器为核心，通过对农网中三相电流、电压的实时采样，并将数据送入DSPIC中进行分析处理，来确定无功补偿的容量和方法，进而控制电容器组的投入与切除，来达到补偿的目的，以减少企业及个人的损失。 关键词：农网；无功补偿装置；设计
1 功率因素对电网供电质量的重要性及分析
关于供电部门对电费计算中中的规定，通常功率因数（COS?）应控制在0.8～0.9范围内，如大于0.9，这说明电网供电质量好；而当功率因数小于0.8，则表示电网供电质量差，应采取措施。而功率因数小于0.5时，供电线路将停止供电，可见其重要性。具体来讲，功率因数对电网的影响主要有以下几点。 1.1 减低电网的供电能力
如在电网供电能力一定的情况下，基于生产设备均为感性负荷的特性，为确保其能够正常的工作，则在为其提供足够有功功率的同时，必须同无功功率，以实现其正常功能。 1.2 增加电网损耗
同理，在电网供电电压及负荷一定的情况下，功率因数越低则电流越大；而在供电电网阻抗越大的情况下，其电网的损耗即越大，进而造成电能的浪费。 1.3 减低供电质量
如电网供电中，由于从传输电流增加，进而造成电网压降增加，则必然造成电网的电压降低。功率因数对供电质量保证至关重要。而采取有效的技术保证功率因数及稳压可起到关键作用。无功补偿技术则对稳压及提高功率因数发挥积极作用。
2 TSC构成及控制器的工作原理 2.1 晶闸管投切电容器（TSC）
TSC结构为两个反并联的晶闸管和一个小电感及一个电容器相串联。两个晶闸管的作用是将电容器并入电网或从电网中切除，小电感的作用是抑制电容器投入电网时的冲击电流。用于三相电路时，可以采用角接或星接，本文采用容值为C、2C、4C、8C的电容器分组方式进行投切，这样能实现C至15C的15级大范围的无功补偿目的。
2.2 DSPIC无功补偿控制器的工作原理
TSC控制系统如图1所示，在工作时，分别通过传感器对三相电流、电压进行采集测量，将其转化为小的电流电压信号；再通过低通滤波、放大环节将信号中的高次谐波滤除，使其信号满足DSPIC控制芯片的要求，以保证所采集的信号能够做到满足采样定理，并且最大不失真的送入DSPIC的AD中，通过FFT算法计算出谐波含量以及实时的有功功率、无功功率及功率因数等相关参数，并将其显示出来，补偿的参考门限可以人为设定；通过相关参数的计算来确定当前系统中所需要补偿的无功含量的多少，进而通过DSPIC控制晶闸管的开通与关断，实
现了电容器组的投入与切除，以实现无功补偿的目的。
图1：DSPIC控制TSC的控制原理示意图 3 无功补偿控制器的硬件构成 3.1 信号的采集与处理
先将三相电压电流信号分别通过互感器变为小的电信号，再通过低通滤波器送入DSPIC自带的AD中，对信号进行模数转换。DSPIC自带的AD为单+5V供电的高速，低功耗12位模数转换芯片，它具有16个输入通道，每个通道内含有一个16位寄存器，转换速率为100ksps，且每个通道都自带采样保持器。 3.2 方波产生电路
将滤波后的信号送给同步方波产生电路，再通过光耦送给DSPIC的捕捉引脚，其目的是通过DSPIC的定时器测出两个上升沿之前的时间间隔，即通过测量出正弦信号过零点之间的时间，而得到电网信号的周期。再由采样点数计算出采样频率，以保证采样同步，消除非同步采样引起的频谱泄漏，保证了测量的精确性。 3.3 驱动控制单元
MOC3041是一种带过零触发的线性光耦，其内部器件能够自动检测晶闸管两端的电压，当同时满足电压过零和触发电平时，即为导通状态，将电容器组投入电网中，由于是过零触发，抑制了涌流的产生，并且具有很强的抗干扰性，而且结构简单，成本低，应用方便。 3.4 基于RS-485通信技术
采用了RS-485异步串行通信技术，RS-485的接口电平较低，不易损坏接口电路的芯片；数据最高传输速率为10Mbps；采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好；最大的通信距离约为1219M，并且控制简单，成本低，能很好的满足农村电网中的通讯要求。 结束语
无功补偿作为提高供电质量，降低线损的重要措施之一，已经被广泛应用于各电压等级的电网中。目前，就农网而言，功率因数普遍在0.60-0.85之间，整体上处于偏低的水平，通过无功补偿技术不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以提高农网的经济运行水平。本文以DSPIC30F6014芯片为核心，采用了片内12位的高速AD对电网的电压电流信号进行采样转换，并且结合了FFT算法，实现了对信号的快速、实时的检测和处理，使系统的响应速度大大提高，真正实现了无功功率的快速高效的补偿。 参考文献：
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农网中无功补偿装置的设计
