电路补偿法的基本原理范例6篇

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电路补偿法的基本原理范文1

Abstract: This paper introduces the principle of reactive power compensation, the measures to improve the power factor of electrical device itself; measures to improve the power factor of artificial compensation and problems of high concentration, low pressure group compensation, dispersion compensation on the spot and so on.

关键词：功率因数；无功补偿；电容器

Key words: power factor；reactive power compensation；capacitor

中图分类号：TM72 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）03-0262-01

1基本概念

1.1 功率因数：在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用cos?渍表示。

①视在功率：S=■VI×10-3（kV・A）

②有功功率：P=■VIcos?渍×10-3（kW）

③无功功率：Q=■VIsin?渍×10-3（kvar）

电路的性质不同，cos?渍的数值在0～1之间变化，其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当cos?渍=1时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即S=P；当cos?渍=0时，则P=0，表示电源发出的功率全为无功功率，即S=Q。所以负荷的功率因数越接近1越好。

1.2 无功功率补偿就是改善和提高企业用电的功率因数，也是企业节电的重要方法，原理是：

把具有容性功率负荷的装置与感性负荷并联接到同一电路中，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量。就这样两种负荷之间的能量互相转换，感性负荷吸收的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

2提高功率因数的方法

2.1 提高用电设备本身的功率因数的措施。①采用鼠笼式异步电动机。因为它结构紧密、气隙小、漏磁少，因而本身的功率因数就比绕线式异步机高。②尽量避免电动机与变压器的轻载运行。此时有功功率小而激磁所用的无功功率不变，故cos?渍较低，所以，应力求电动机在接近额定负荷的条件下运行，变压器的负荷率也不应低于50％。③绕线式异步电动机同步化运行。这一措施同样可将功率因数提到1，但由于成本高和维护困难使其推广使用受到一定的限制。④尽量采用高压（6-10kV）电动机，这样可以省掉降压变压器，从而消除了该变压器产生的无功损耗。一般变压器的无功损耗约为有功损耗的5倍以上。矿井用高压电动机的设备有主排水泵、提升机、空压缩机和风机等。

2.2 人工补偿提高功率因数的方法。

①并联移相电容器组。并联电容补偿法具有投资少、有功功率损耗小（每kvar损牦约3-4W）、维护方便、无振动与噪声、便于安装等优点，在矿山地面变电所和用户广泛采用。目前多在6-10kV母线上并联电容器组进行集中补偿。电容补偿的缺点是只能有级调节而不能进行连续平滑的自动调节，当通风不好，运行温度过高或线路电压过高时，电容器容易损坏。②采用同步调相机。同步调相机实际上就是一个大容量的空载运行的同步电动机，其功率大都在5000kW及以上，在过激磁时，它相当于一个无功发电机。优点是可以无级调节无功功率，但也有造价高、有功损耗大、维护困难等缺点。煤矿现很少应用。③采用可控硅静止无功补偿器。这是一种性能较优越的动态无功补偿装置，由移相电容器、饱和电抗器、可控硅励磁调节器及滤波器等组成。其特点是将可控的饱和电抗器与移相电容器并联作用，电容器可补偿设备产生的冲击无功功率的全部或大部。优点是动态补偿反应快、损耗小、适合对功率因数变化剧烈的大型负荷进行单独补偿，如用于矿山提升机的大功率可控硅整流装置供电的直流电动机拖动机组等。缺点是投资大、设备体积大，占地面积较大。④采用进相机改善功率因数。进相机也称转子自激相位补偿机，是一种新型的感性无功功率补偿设备，只适用于对绕线式异步电动机单独补偿，电动机容量一般为95-1000kW。进相机的外形与电动机相似，没有定子及绕组，仅有和直流电动机相似的电枢转子，由单独的、容量为1.1-4.5kW左右的辅助异步电动机拖动。这种方法的优点是投资少，补偿效果好，而且彻底，还可降低主电动机的负荷电流，节电效果也很显著，一般运行三个月后就可以收回投资。缺点是本身是一旋转机构，还要由一辅助电动机拖动，增加了维护和检修的负担，另外，它只适宜负荷变动不大的大容量绕线式电动机，应用受到一定的局限。

3无功补偿

3.1 高压集中补偿。这种方式是在地面变电所6-10kV母线上集中装设移相电容器组，一般有专门的电容器室，并要求通风良好，配有可靠的放电设备。它只能补偿6-10kV母线前(电源方向)所有向该母线供电的线路上的无功功率，而该母线后(负荷方向)的矿内电网并没有得到无功补偿，因而经济效果较差。

高压集中补偿的初期投资较低，由于矿井6-10kV母线上无功功率变化比较平稳，因而便于运行管理和调节，而且利用率高，还可提高供电变压器的负载能力。虽然对本矿的技术经济效益较差，但从全局上看改善了矿区电网，所以仍是大、中型工矿企业的主要无功补偿方式。

3.2 低压成组补偿。把低压电容器组或无功功率自动补偿装置装设在车间或井下动力变压器的低压母线上。它能补偿低压母线前的矿内高压电网，矿区电网和整个电力系统的无功功率，补偿区大于高压集中补偿，本矿亦获得相当技术经济效益。低压成组补偿投资不大，通常安装在低压配电室内，运行维护和管理方便，逐渐成为无功补偿中的重要成分。如将无功补偿装置引入井下，将改善我国矿山井下电网功率因数严重偏低（0.5-0.6左右）的状况，对提高整个矿井的无功补偿有重大的意义。

电路补偿法的基本原理范文2

关键词：FPGA; IV曲线; 电容负载; 实时检测

中图分类号：TN9834 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10017803

基金项目：装备预先研究教育部支撑技术项目（62501040202）；

中央高校基础科研基金（2010MS054） 目前，世界各国对新型能源的应用日益增多，太阳能作为新型能源的一种，有着安全可靠、无噪声、无污染、无需消耗燃料、可方便地与建筑物相结合等优点。光伏电池及组件作为光伏转化的主要器件，从2001年起，平均年增长率高达30%以上［13］。所以，对光伏电池及组件的测试要求也在逐步提高。目前的绝大多数组件都是固定在室外工作的，为了评价这些组件的参数性能和了解组件当前的工作状况，市场和用户都需要一种方便携带、测量快速、结果精准的测试仪器。 目前市场上此类仪器较少，功能也相对单一，一般只能完成参数测量的工作，并不能对光伏电池当前的工作情况作出准确的判断［45］。本文设计了一种基于FPGA的光伏电池测试仪，可以工作在两种工作模式下，不仅可以测得电池或组件的相关参数，而且可以实时检测电池或组件的当前工作状况。

1 整体结构与工作模式

系统由两个采样模块分别采集参数数据和实时工作数据，FPGA控制多路器选通信号后经ADC转化为数字信号，通过FPGA进行数据处理后由LCM显示。同时，系统还提供了一定的存储功能，可以将测量数据存储在FLASH芯片中，通过RS 232接口与上位机通信，为数据的后续分析提供了方便。

参数采样模式完成与传统的光伏测试仪相同的功能，通过采样电路采集光伏电池或组件的IV曲线参数、开路电压和短路电流值，并完成转化效率η和填充因子FF计算。

由于光伏组件大多在户外布置，这对组件的检测和维护造成了一定的困难。同时，光伏网络中，对负载供电的电源有光伏组件和蓄电池一起供电，为了防止“过充”和“过放”的问题，测试仪在实时检测模式时，除了完成对光伏组件输出电流、输出电压和输出功率的检测外，还能够对光伏系统中的电流进行监测。

2 电路设计

对光伏组件的采样过程中，由于参数采样和实时检测的采样负载不同，参数采样通过对负载连续变化时，光伏组件的输出电流和输出电压进行检测得到连续变化的IV曲线；实时检测过程中，采样负载是光伏系统的负载。为了完成两种采样的不同要求，需要分别设计两个采样模块的电路。

2.1 IV曲线采样电路

测试仪器测量IV曲线的常用方法是通过连续变化负载的大小，传统使用的电阻负载在测量开路电压中，并不能直接测得准确的数值。为了避免这些问题，系统采用电容作为采样负载。原理对比图如图1所示。

图1 IV曲线测试基本原理图图1中传统的电阻负载，电路中的电流和电压并不能连续变化，电阻的阻值也不可能达到无限大，测得的开路电压值会存在误差。在使用电容作为采样负载时，通过对电容进行充放电过程采样来得到IV曲线，电流值和电压值连续变化，整个充电过程可以将电容等效为一个可变电阻，能得到光伏电池更准确的参数。电容充电前可以等效为一个无穷大的电阻负载，在不需要使用补偿法的情况下，对开路电压值的测量更加精确。

2.2 实时检测电压采集电路

电池在正常工作状态下，由霍尔电压传感器得到电池组当前的电压值，通过电压跟随器之后转换成数字信号。如图2所示，其中LM324起到电压跟随器的作用。

图2 实时检测电压采集电路2.3 实时检测电流采集电路

在光伏系统中，为负载供电的除了光伏电池外还有蓄电池，因此，在光伏系统正常运转后，蓄电池会有充电和放电两种模式。光伏系统中测得的电流可能是充电电流也有可能是蓄电池的放电电流，为了准确的测得电流的大小，设计中采用了两个单向电流检测放大器MAX4172来完成电流的双向检测。

如图3所示，当VRS+ >VRS时，蓄电池为负载供电，器件A工作；当VRS >VRS+时，光伏电池向蓄电池充电，器件B工作。利用一个通用的运算放大器将两个放大器的输出电流转换成适当的输出电压。VREF设置为0电流对应的输出电压。器件A工作时，输出电压高于VREF，而当器件B工作时，输出电压低于VREF。

图3 实时检测电流采样电路3 模块设计

整个系统由控制模块、初始化模块、存储模块、显示模块以及串口通行模块组成，如图4所示。

图4 系统框架图图4中，控制模块对系统整个进程进行控制；初始化模块对程控放大芯片进行合理配置并对两种模式下采样信道选择；显示模块和串口通信模块为用户获取最后的结果提供两种途径。系统中的各数字模块都是基于FPGA使用Verilog语言设计的［68］。设计的软件采用的是Alter公司提供的quartusⅡ 开发工具。

3.1 控制模块

控制模块由一个16态的独热码编码的Melay状态机构成，通过状态机控制各功能模块的运行，控制模块流程图如图5所示。

3.2 初始化模块