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隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，大量的居住樓盤、高檔商場(chǎng)、賓館、辦公樓等民用建筑在城市中拔地而起，使城市用電量快速增長(zhǎng)。但是，在這些民用建筑場(chǎng)所內(nèi)使用的多為單相電感性負(fù)荷，因其自身功率因數(shù)較低，在電網(wǎng)中滯后無(wú)功功率的比重較大。為保證降低電網(wǎng)中的無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，保證有功功率的充分利用，提高系統(tǒng)的供電效率和電壓質(zhì)量，減少線路損耗，降低配電線路的成本，節(jié)約電能，通常在低壓供配電系統(tǒng)中裝設(shè)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置。
1 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)的工作原理和主要技術(shù)特點(diǎn)
目前電力系統(tǒng)通用的無(wú)功補(bǔ)償方案有接觸器投切電容器、復(fù)合開關(guān)投切電容器、晶閘管投切電容器這三種。復(fù)合開關(guān)投切電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置，其投切開關(guān)是晶閘管和接觸器并聯(lián)的復(fù)合開關(guān)，其主要作用是用晶閘管控制電容過零投切，以降低傳統(tǒng)接觸器投切的電流沖擊，電容器投入后再由接觸器旁的路晶閘管，使電容運(yùn)行。
動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合的主要技術(shù)特點(diǎn)有：
實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償 ，可對(duì)頻率和大小都變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象有極快的響應(yīng)。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振，且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
（1） 過零投切：斷口電壓為零時(shí)，開關(guān)接通；電流過零時(shí)，開關(guān)分?jǐn)唷Ｓ捎诓捎昧诉^零觸發(fā)技術(shù)，因此可使射頻干擾降低到最低程度。
?。?） 功耗小：由于采用了磁保持繼電器，控制裝置只在投切動(dòng)作瞬間耗電，平時(shí)不耗電且磁保持繼電器的接觸電阻小，不需要外加散熱片或風(fēng)扇，降低了成本。
?。?） 無(wú)諧波：磁保持繼電器吸合后，沒有非線性電阻，不會(huì)產(chǎn)生諧波。
?。?） 抗干擾：具有低阻抗的特點(diǎn)，可以抑制干擾，消除噪聲。
（5） 保護(hù)功能：欠壓保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)電壓低于160V時(shí)開關(guān)自動(dòng)分閘；缺相保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)電壓缺相時(shí)，開關(guān)拒合閘（適用于三相△連結(jié)的開關(guān)）；停電保護(hù)，系統(tǒng)停電后開關(guān)自動(dòng)分閘，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)供電后開關(guān)不會(huì)自動(dòng)合閘。
開關(guān)合閘波形圖：
2 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)在實(shí)際運(yùn)行中存在的主要問題
?。?）由于國(guó)內(nèi)大多數(shù)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)采用的接觸器都是普通的機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，因此動(dòng)作速度較慢，在負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化特別頻繁，要求響應(yīng)速度和投切精度很大的場(chǎng)合，常常不能滿足補(bǔ)償要求。
?。?）當(dāng)用戶同時(shí)使用大量三相用電設(shè)備時(shí)，必須投入三相電容補(bǔ)償，而復(fù)合開關(guān)的接觸器很難達(dá)到三相同時(shí)投切的質(zhì)量要求。
?。?）由于零點(diǎn)檢測(cè)出現(xiàn)誤差或電網(wǎng)、線路及其他因素的干擾，打亂動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器及復(fù)合開關(guān)正常的工作程序甚至導(dǎo)致其失控。
3 影響動(dòng)態(tài)補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)穩(wěn)定工作狀態(tài)的主要因素
3.1 電源因素
由于電子電路通過電源電路接到電網(wǎng)，所以電網(wǎng)的噪聲通過電路干擾進(jìn)入電子線路，這是影響復(fù)合開關(guān)工作穩(wěn)定的主要原因之一。電源因素可以從以下三種情況來(lái)詳細(xì)考慮。
（1） 通過電源變壓器的耦合。變壓器是電源電路中最常見的元件，它的初級(jí)接在電網(wǎng)電源，次級(jí)則按設(shè)計(jì)要求得到各種交流電壓，然后再經(jīng)過整流濾波和穩(wěn)壓等電路，得到供線路工作所需要的直流電壓。在研究電網(wǎng)高頻尖峰脈沖如何穿越變壓器而傳播時(shí)發(fā)現(xiàn)，變壓器初、級(jí)的交流電磁耦合并不是這種噪聲的主要傳播途徑。事實(shí)上，這個(gè)傳播途徑是由變壓器初次級(jí)間分布電容所造成的。由于變壓器的初級(jí)線圈靠得很近，這兩部分間的分布電容通常有數(shù)百PF。這種分布電容不僅電容量大，而且有良好的頻率特性，對(duì)高頻噪聲的阻抗很低。
?。?） 電源本身的過壓、欠電壓、停電等故障引起的電源噪聲。任何電源及輸電線都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻引起電源的噪聲影響了復(fù)合開關(guān)的穩(wěn)定工作。如果沒有內(nèi)阻存在，無(wú)論如何噪聲都會(huì)被電源電路吸收，在電路中不會(huì)產(chǎn)生干擾電壓。
?。?） 浪涌、下陷、尖峰電壓與其他電源干擾因素。用戶本身大功率設(shè)備的不斷接通和斷開，特別是大功率電動(dòng)機(jī)，接通瞬間需要很大的啟動(dòng)電流，并可持續(xù)幾百毫秒，從而在輸電線路內(nèi)阻上將產(chǎn)生很大的壓降，這是電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓瞬變（浪涌、下陷）的主要原因。這些噪聲疊加在正弦交流電壓上沿線路傳輸，在所到之處引起干擾，如果幅度過大，會(huì)毀壞系統(tǒng)。
另外，設(shè)備接地不良，輸電線、汽車打火、無(wú)線電發(fā)射以及電弧等幅射源、地線過長(zhǎng)等等，都會(huì)使復(fù)合開關(guān)無(wú)法正常工作。
3.2 線路及其他因素
如果動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器線路板設(shè)計(jì)不合理，使元件的排列不合理，或者線路中元件之間的布局不合理，就有可能出現(xiàn)線路本身的干擾源，使單片機(jī)系統(tǒng)誤動(dòng)作。
4 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)優(yōu)化探討
針對(duì)以上存在的問題，我們提出幾點(diǎn)優(yōu)化方案：
?。?）采用晶閘管和交流低壓真空接觸器并聯(lián)組成動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)的主體，以取代普通的機(jī)械型接觸器。
因?yàn)檎婵战佑|器具有接通、分?jǐn)嗄芰Υ?、電氣和機(jī)械壽命長(zhǎng)、在惡劣條件下工作可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合于電力系統(tǒng)中，供遠(yuǎn)、近距離接通和分?jǐn)嚯娐芬约霸谥厝蝿?wù)條件下的頻繁啟動(dòng)和控制。
CKJ12型(EVS)系列交流低壓真空接觸性能參數(shù)：
?。?）對(duì)接觸器的觸頭系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，通過控制中間相觸頭的分?jǐn)鄷r(shí)刻，可達(dá)到三相觸頭均在電流過零點(diǎn)前分?jǐn)嚯娐?，?shí)現(xiàn)三相電路的同步分?jǐn)唷?shí)現(xiàn)同步分?jǐn)嗟年P(guān)健是要有性能良好的電流傳感器，用來(lái)檢測(cè)主電路的電流。這種電流傳感器與傳統(tǒng)的電流傳感器相比具有更強(qiáng)的抗干擾性能，在強(qiáng)大的電磁干擾（包括電弧干擾和電動(dòng)力干擾）的影響下，要能夠準(zhǔn)確的反映主電路的電流變化情況，尤其能夠檢測(cè)到準(zhǔn)確的電流零點(diǎn)。
?。?）復(fù)合開關(guān)硬件部分。
?、俑牧紕?dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器的單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路設(shè)計(jì)。通常單片機(jī)都有一個(gè)復(fù)位引角，用于系統(tǒng)的復(fù)位。但復(fù)位電路易受電源波動(dòng)的影響，當(dāng)單片機(jī)電源受到干擾后，電壓下降至低電平時(shí)，復(fù)位端電位也隨之下降至低電平，使單片機(jī)無(wú)法正常工作。
?、趧?dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開關(guān)采用光電隔離的電路。光電隔離的目的是割斷兩個(gè)電路之間的聯(lián)系。復(fù)合開關(guān)的控制回路采用美國(guó)摩托羅拉公司最新推出的光電新器件――光電雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，作為其主要控制元件。
此元件由輸入、輸出兩部分組成。輸入級(jí)是一個(gè)砷化鎵紅外線發(fā)光二極管（LED），該二極管在5-15mA正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出級(jí)為具有過零檢測(cè)的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時(shí)，光控雙向可控硅導(dǎo)通，發(fā)出控制信號(hào)觸發(fā)主控零件。由于采用了光電隔離，并且能用TTL電平驅(qū)動(dòng)，它很容易與單片機(jī)接口進(jìn)行自動(dòng)工控設(shè)備的適時(shí)控制。提高了線路的穩(wěn)定性。
③接地技術(shù)。一種是為了保證人身或設(shè)備安全，而把設(shè)備的外殼接地，這種接地稱之為外殼接地或安全接地；另一種是為電路工作提供一個(gè)公共的電位參考點(diǎn)，這種接地稱之為工作接地。
復(fù)合開關(guān)電路采用工作接地，電流傳感器則采用外殼接地系統(tǒng)。為了減少電流信號(hào)回路的電磁干擾，送入單片機(jī)的信號(hào)采用了帶屏蔽的雙絞線，雙絞線的屏蔽層連接到機(jī)殼上。
④屏蔽技術(shù)。電源變壓器采用初級(jí)間加屏蔽層接地以解決電網(wǎng)干擾問題。以金屬板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效對(duì)付電磁波幅射的影響。
?。?）控制器軟件部分。
除了在硬件采取必要的抗干擾措施外，在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中，充分挖掘軟件的抗干擾能力，采取一定的措施，將干擾的影響抑制到最小程度。
?、偈褂帽O(jiān)視定時(shí)器。程序在運(yùn)行過程中，有時(shí)由于某種噪聲干擾的影響，會(huì)出現(xiàn)程序“亂飛”現(xiàn)象，影響系統(tǒng)正常工作。這種情況可采用PLC單片機(jī)內(nèi)部具有的監(jiān)視定時(shí)器WDT來(lái)監(jiān)視系統(tǒng)。因?yàn)樵谙到y(tǒng)正常工作時(shí)，程序每隔一定的時(shí)間清除計(jì)數(shù)器，而計(jì)數(shù)器按時(shí)針脈沖加法計(jì)數(shù)。當(dāng)這一時(shí)間短于監(jiān)視定時(shí)器的溢出時(shí)間時(shí)，計(jì)數(shù)器永遠(yuǎn)不會(huì)溢出。但如果系統(tǒng)受到干擾時(shí)，程序的正常執(zhí)行順序被破壞，便不能在計(jì)數(shù)器溢出之前清除計(jì)數(shù)器，從而不會(huì)發(fā)生計(jì)數(shù)器溢出的情況。所以可把計(jì)數(shù)器溢出作為系統(tǒng)受到干擾的標(biāo)志。
動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器通過設(shè)置狀態(tài)寄存器可設(shè)置定時(shí)器溢出時(shí)間，在程序執(zhí)行期間利用CLRWDT指令清除定時(shí)器，從而防止程序正常執(zhí)行時(shí)的定時(shí)器溢出，并使系統(tǒng)復(fù)位，可有效地消除干擾的影響。
?、谲浖葳濉ＭǔPU的ROM存儲(chǔ)區(qū)存在著大量的未用空間，而當(dāng)程序受到干擾后，經(jīng)常會(huì)跳到這些地址上。為了捕捉到這種干擾，可在這些區(qū)域設(shè)置陷阱――引導(dǎo)程序片段，一但程序落入這片區(qū)域時(shí)，就將其引導(dǎo)到特定的處理程序上而恢復(fù)正常。這種措施的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾、處理簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是其與CPU未用的存儲(chǔ)數(shù)量有關(guān)，未用的空間越多，則捕捉到干擾的概率越大，故具有一定的局限性。
③軟件抑制電源干擾。實(shí)際運(yùn)行中會(huì)有一部分電源噪聲竄入系統(tǒng)，造成軟件復(fù)位，擾亂程序的正常執(zhí)行順序。為了抵御這種干擾，在程序的開始位置安排了一段程序，此程序可以決定復(fù)合開關(guān)的投切動(dòng)作。
系統(tǒng)在初始化后，進(jìn)入條年審查狀態(tài)，根據(jù)電壓、電流檢測(cè)單元所測(cè)的電壓、電流信號(hào)決定系統(tǒng)當(dāng)前的工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
?、軘?shù)字濾波。控制器單片機(jī)計(jì)算吸合電壓、釋放電壓時(shí)采用數(shù)字濾波的方法，可以消除由于電子、電磁干擾造成的采樣信號(hào)不準(zhǔn)確導(dǎo)致誤動(dòng)作的問題。
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