无功功率补偿控制器设计

无功功率补偿控制器设计第1页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21主要内容概括

论文分以下几个部分：１引言２无功功率补偿控制器实现的功能３系统的工作原理４系统组成５电路设计

6结论第2页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/211引言

由于供电系统的负载呈现感性，致使供电系统电流和电压产生相位差。随着负载量的变化，电流和电压相位差也产生变化。这样不但使供电系统效率下降，造成电能浪费；还会影响到用电系统的性能和寿命。所以需要对供电网络进行补偿控制，以提高其性能。基于此思想提出了本设计----基于CPLD的功率因数补偿控制器。第3页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/212无功功率补偿控制器实现的功能（1）输入信号：两路同频（电流和电压）、以电压为基准，电流相对于电压存在一个相位时间差的方波（正弦波）（2）自动检测：两路信号的相位时间差，同时显示出超前、滞后关系（3）投切补偿方式：根据所测得相位差值，与设定进行比较，大于并滞后，投入（并联）电容进行动态补偿，自动循环投切（先投先切）（4）输出补偿回路：可多路调节，至少8路以上。（5）功率显示：实时显示电网功率因数的大小（百分数）和电流电压的相位关系。第4页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21３系统的工作原理因电网负载均为感性，造成电流和电压之间存在相位差，使其电网的无功功率不足和功率因数下降，影响供电效率。为提高供电效率，应减小电流和电压之间的相位差，方法是对电网的功率因数进行补偿，在电网的无功功率不足和功率因数下降时需在电网上并联或者切除电力电容进行补偿。由于三相交流电每相的负载基本相等，所以选择三相交流电中任何一相的电压和电流作为该控制器的输入信号，如选择B相的电压UB和B相电流IB作为测量功率因数的相位差，其中B相电压UB经过变压器降压后获得，使用电流互感器取电网中B相电流IB，通过比较器将UB和IB转换成等频率的方波。第5页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21４系统组成系统顶层图：正弦波转换方波电路ＵＩ功率因数补偿控制器（一个基于PLD片上系统）显示功率因数超前滞后显示投切指示第6页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21

系统框图功率因数的测量判断UB、IB超前、滞后关系提取UB、IB并放大整形超前、滞后显示提取相位差相位差的测量、比较控制输出显示功率因数电容投切并指示控制电容投切第7页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21５电路设计１

正弦波转换方波电路２判定IB对UB超前或滞后电路３相位差的提取及测量４功率因数的测量显示第8页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21正弦波转换方波电路：220VUB

IB互感器第9页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21判定IB对UB超前或滞后：IB

第10页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21相位差的提取及测量：

锁相环CC4046100分频器异或门与门IBUB闸门电路相位差检测计数器锁存被测相位差控制电路第11页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21相位差的提取波形图：

U第12页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21功率因数的测量显示：相位差信号取反（功率因数在一个周期内所占的时间）100

倍频UB为计数时基与门电路两位十进制计数器锁存器译码显示逻辑控制电路

第13页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21６结论

使用ISP在系统可编程逻辑器件和VHDL硬件描述语言设计的功率因数补偿控制器，与现今的功率因数补偿控制器相比，具有以下特点：

1）适应广：可以根椐使用现场的具体情况，修改PLD内的程序和工作电路或添加功能模块，而不需更改硬件电路，在现场安装时，补偿控制系统的调试非常方便。第14页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/212）高集成度：因为整个补偿控制电路都在一个PLD内，是一个标准的单片控制系统，所以，应用PLD设计的补偿控制器体积很小，使控制器具有很高的集成度。3）稳定性高：由于使用PLD器件设计的控制器为标准的片上控制系统，在输入信号的I/O口采取一些抗干扰措施，减小现场环境干扰对它的影响，使其在实际运行中表现出了良好的稳定性。4）性价比高：随着技术的进步，PLD器件的应用日益广泛，其价格已大大地降低，所以利用PLD器件开发的功率因数补偿控制器具有很好的性能价格比。第15页，共17页，2023年，2月20日，星期六2023/4/21

该无功功率补偿控制器使用MAX+PLUSⅡ开发工具，通过VHDL硬件描述语言编程，采用PLD器件，具有成本低、性能稳定、控制精度高、升级方便和易推广应用等优点。

实践证明，本课题的设计已达到预期的结果。从本质上来说，该设计是成功的。但由于时间仓促，经验不足，本设计仍存在不足。请各位老师提出批评指正，给以