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无功补偿控制器的选择
无功补偿控制器是无功补偿装置的核心部件,具有举足轻重的地位,大部分无功补偿装置的生产厂家都是买来控制器然后自行装配整机,具有设计制造控制器能力的厂家不多,能够设计制造出性能优异的控制器的厂家更是凤毛麟角。
现有的低端控制器都是以功率因数为依据进行控制的,这种控制器虽然价格低廉、性能很差,已属于淘汰之列,因此这里不做介绍。
现有的**控制器都是以无功功率为依据进行控制的,但除此之外,往往将设计重点放在汉字显示以及数据通讯等方面。其实要真正实现**的无功补偿控制是一件相当复杂的事情,实现**的无功补偿控制是无功补偿控制器的主要功能,只有在主要功能相当完善的情况下,才能考虑附加功能。下面详细介绍一下对控制器的设计要求以及一些基本的设计方法。
1、对测量精度的要求
要实现**的无功补偿就必须对无功电流进行准确的测量。
因为电压的变化范围较小,因此对电压的测量精度要求不高,通常有1%的测量精度就足够了。通常的情况下,不测量电压也可以实现很好的无功补偿控制,对电压的测量主要是为了实现过压、欠压、以及缺相等保护功能。
对电流的测量灵敏度要求要高一些。对于使用8位单片机的低档控制器,测量灵敏度要达到1%以上。注意这里强调的是“测量灵敏度”而不是“测量精度”,1%的电流测量灵敏度即相当于可以区分1%的电流变化,例如电流互感器的一次电流为500A,则意味着可以区分从100A到105A的电流变化,并不要求100A的电流测量值**准确。对于使用32位单片机的**控制器,测量灵敏度要达到0.1%以上,否则就谈不到**了。同样的道理,测量的灵敏度要达到0.1%,意味着测量值应该有4位有效数字,但同样并不要求**准确。对无功补偿控制器要求0.1%的测量精度是不现实的,也没有实际意义。但是控制器的测量值*好能在现场进行校正。
对功率因数测量的灵敏度要达到0.001。准确地说,应该是对相位差的测量要求,因为测量无功功率并不需要使用功率因数值。这里要强调一点,对无功电流的计算应该使用Iq=I×sinφ的公式来进行计算,而sinφ的值应该根据相位差的值直接进行计算,不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2的公式计算,否则当相位差在0度附近时,cosφ的微小变化会导致sinφ的很大变化,导致sinφ的值误差太大。例如cosφ=0.99时,对应的相位差是8.1度,对应的sinφ值为0.14,意味着0—0.14之间其他sinφ值检测不到。
对相位差的测量要求达到整个-180—+180度范围。有一些控制器具有电流互感器接反的自动识别功能,这种控制器以有功必须为正值来判断互感器的正反,相当于-90—+90度范围,这就可能以下的问题:
(1)当负荷处于发电状态时会出现检测错误。
(2)当负荷为纯电感或纯电容时,由于有功电流约等于零,可能会将电感误判断为电容或者将电容误判断为电感。而负荷为纯电容的状态经常会出现,例如负荷为单一大负荷而负荷停机时,无功补偿电容器尚在运行,于是变压器二次电流就变为纯电容电流,如果将这个电流误判为电感电流,控制器就会继续投入电容器,直至将所有的电容器全部投入运行,造成严重的过补偿现象。
2、显示器的选择
*常用的显示器件就是LED数码管,LED数码管价格低廉、可靠性高。但是显示复杂操作麻烦。所以现在大部分**控制器都使用液晶显示器,液晶显示器可以显示汉字,图形等,使用时候更加方便,在有照明的情况下也比较省电,而且随着近年来技术的发展,液晶显示器的可靠性也得到了保障。
3、参数设定功能
对于以无功功率为依据进行控制的无功补偿控制器,参数设定功能是必备的。在控制器制造的时候,电容器的额定容量,电流互感器的变比等参数无法事先确定,只能根据无功补偿装置的实际情况及现场情况进行设定,因此控制器必须具备参数设定功能。设定的参数应保证不会因掉电而丢失。
*直接的保存设定参数的方法就是使用EEPROM器件,如24C02等。有一些单片机具有片内EEPROM,这样就可以减少外围器件数量。还有一些32位单片机具有在应用编程功能,也就是说,可以在程序运行过程中修改片内FLASH程序存储器的内容。对于32位单片机也可以将设定参数保存在FLASH程序存储器中,不过在应用编程的程序设计比较复杂一些。
4、保护功能的设计
电容器的过载无非是由于电压过高或者是谐波过大而引起,因此在控制器中设计过电压保护功能是必要的。在能力允许的情况下,应该在控制器中设计电压谐波检测功能,因为导致电容器谐波过载的根本原因是电压畸变,检测电压谐波就可以实现对电容器的谐波过载保护。有了过电压保护和谐波过载保护则热继电器就可以取消。既节省了体积与成本又减少了故障点。
5、电容器的投入与切除控制策略
电容器的投入与切除应该分步进行,不应在一步操作中同时投入或者切除多台电容器。否则过大的电流突变会对系统造成比较大的影响,也不利于实现**的补偿效果。
同时,对于安装有不同规格电容器的补偿装置,电容器的投切应该尽量简洁,以便尽量减少电容器的投切次数,并且可以*快的满足补偿要求。不应按*小步进台阶一步一步递增或递减。
例如补偿装置**有三种规格的电容器,分别为10Kvar、20Kvar、40Kvar,如果测量出所需要的无功补偿量为40var以上,则应该直接投入一台40var的电容器。同样的道理,当测量出多余的无功补偿量为30var以上,则应该直接切除一台40var的电容器。
6、输出电路的设计
通常控制器的输出都是用于控制交流接触器或复合开关,*常见的就是220V交流输出。输出的路数视要求而定,通常10路就可以了。
*常见的输出元件是电磁继电器,选用电磁继电器的*重要的原则是继电器衔铁本身不能与接点有电连接,不少继电器的衔铁本身就是动接点的一部分,于是继电器铁芯带电,当线圈绝缘出现问题时,强电就会窜入控制部分造成严重损坏。而对于衔铁与接点没有电连接的继电器,则不会出现强电窜入控制部分的现象。
当电磁继电器接点断开时,由于接触器线圈是大电感电流不能瞬变,会产生很高的电弧电压,因此必须连接阻容吸收元件,否则会产生严重的干扰。
输出元件也可以使用电子继电器,电子继电器的内部是晶闸管,由于晶闸管可以电流过零关断,因此不需要使用阻容吸收元件,并且驱动电压电流都很小,比较容易实现控制。质量好的电子继电器价格较高。质量不好的电子继电器容易产生误触发,造成上电时接触器抖动。
输出电路也可以使用双向晶闸管,这时晶闸管的驱动电路稍微复杂一些,但是成本很低,可靠性也可以做得很好。
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