经济功率因数（共10篇）
经济功率因数 篇1
一、引言
基于新经济增长理论, 经济增长是由经济系统的内生变量决定的, 即经济的“内生增长”模型, 其中技术进步又是促进经济增长的重要内生变量。国外有学者研究表明, 国际范围内的技术扩散是技术进步的重要来源。对于发展中国家而言, FDI是这种国际范围内技术扩散的载体。但在实证研究中, 对FDI是否对东道国存在正面的技术外溢, 从而促进东道国经济的发展具有不同的观点。直至20世纪70年代, Borenztein等 (1998) 提出的FDI技术溢出的“门槛效应”理论对不同研究结果分歧的解释为FDI研究开辟了新的领域。
我国学者也对相关的问题进行了研究, 陈柳、刘志彪 (2006) 通过选取1987～2003年的27个省的面板数据实证分析认为在跨过了FDI技术溢出的“门槛效应”, 在结合了人力资源的基础上, FDI技术溢出对经济增长有一定的作用。蒋殿春、黄静 (2006) 通过1998～2002年的行业数据分析认为较高的人力资本积累有助于FDI技术溢出效应的提高。王艳丽 (2006) 利用新中国五十年的统计数据分析人力资本和FDI技术溢出的关系, 结果表明人力资本水平的丰裕程度决定了FDI技术溢出的水平。章凯栋、钟昌标 (2006) 利用2000～2004年的浙江11个行政区划单位的相关数据分析认为人力资本的丰裕影响FDI的技术溢出效应。本文正是基于以上的观点通过利用中国的相关的数据通过VAR模型来分析与人力资本结合的FDI的技术溢出的效应对经济增长的作用。
二、实证分析
(一) 模型和数据
本文通过向量自回归模型来分析与人力资本结合的FDI的技术溢出对中国经济增长的作用。本文构造的VAR模型可以表示为:
undefined
本文所使用的样本数据都是年度数据, 其中国家财政性教育经费H取自《中国统计年鉴》 (1986-2005) ;国内生产总值GDP和外商直接投资FDI来源于国民经济和社会发展统计公报, 其中, 人力资本水平用教育经费的程度来衡量, 本文采用国家财政性教育经费H反映我国人力资本的状况。一般而言, 衡量国民经济整体产出的指标应该是按可比价格计算的国内生产总值或国内生产总值, 在本文中采用按可比价格计算的国内生产总值GDP反映我国的经济发展状况, 外商直接投资FDI反映我国引进外资的规模, 外商直接投资与国内生产总值的比值, 即FDI/GDP反映未与人力资本结合的FDI的技术溢出, 用FG即人力资本状况与未与人力资本结合的FDI的技术溢出的比值乘积反映结合人力资本的技术溢出, H (FDI/GDP) 用HG表示。通过居民价格消费指数 (1990=100) 来消除历年物价变动的影响, 同时由于数据的自然对数变换不改变序列原来的协整关系, 并且使其趋势线性化, 消除时间序列中存在的异方差现象, 所以对进行价格处理后的各变量数据进行自然对数变换。分析国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数之间的变化趋势, 我们可以看出, 三者的变化有相类似的变化趋势。
由于时间序列大多存在非平稳的现象, 简单的回归可能会产生“虚假回归”的现象, 因此在检验国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的回归关系之前, 本文先通过ADF单位根检验法来检验各时间序列的稳定性, 检验结果如表1所示。
分析ADF单位根检验结果我们可以看出, 国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的检验在10%的临界值上是不能通过的, 即三者的对数的时间序列是非平稳的。通过采取差分的方法, 对检验国内生产总值GDP, 未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的一阶差分进行的ADF检验在10%的临界值下通过, 即在检验三者的对数的一阶差分序列是平稳的时间序列。
尽管国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG是非平稳的一阶单整序列, 但从长远看来这些变量之间可能具有均衡关系, 即可能存在某种平稳的线性组合关系。在短期由于季节或随机干扰会使得减量偏离均值, 但随着时间的推移最终会回到均衡状态, 协整即是这种均衡关系的统计表示。Johansen和Juselius一起提出基于VAR模型的检验回归系数的方法是进行多变量协整检验的较好的方法, 因此本文将使用这一方法对以上的各个变量之间的协整关系进行检验, 结果见表2。
由表2可以看出的在1%的显著水平下, 国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的协整检验拒绝无协整方程的假设, 即三者的对数之间存在协整关系。Engle和Granger将协整和误差修正模型结合起来建立的向量误差修正模型可以由自回归分布滞后模型导出误差修正模型, 在VAR模型中各个方程都是自回归分布滞后模型, 因此VEC模型可以看成是ECM模型的扩展, 多应用于具有协整关系的非平稳时间序列。本文使用这一方法建立误差修正模型, 结果见表3, VECM模型的整体检验对数似然值较高为101.6570, 同时, AIC和SC值比较小, 分别为-8.783171和-7.459834, 说明模型的整体解释能力较强。
(二) 模型的分析
通过建立VECM模型来分析国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的长期均衡关系, 本文将采用与向量自回归模型 (VAR) 匹配的方法:Granger检验和方差分解, 来分析三者之间的动态关系。
VAR (包含VECM) 模型在分析经济时间序列变量之间的因果关系方面有十分重要的应用, 在本文中, 将采用由Granger提出, Sims推广的Granger因果检验法来检验各变量之间的因果关系。基于Granger因果检验要求变量平稳的特质, 通过ADF单位根检验的国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的差分进行Granger因果检验, 根据AIC准则选取滞后阶数为2, 检验结果如表4所示, 说明存在与人力资本结合的FDI的技术溢出HG和国内生产总值GDP的单向Granger因果关系, 不存在未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和国内生产总值GDP之间的Granger之间的因果关系。该结果与陈柳、王艳丽等人的研究结果是一致的。
分析我国经济增长的方差分解, 我们可以看出我国经济增长的变化受自身的扰动项的冲击影响呈逐步递减的趋势, 从初始的100%递减到60.2071%;与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的扰动项对经济增长的作用呈稳步递增的趋势, 从初始的0%增长至37.2637%, 体现了与人力资本结合的FDI的技术溢出HG对经济增长的作用;同时, 未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG的扰动项对经济增长的作用相对于与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的扰动项对经济增长的作用是不明显的。
三、政策建议
中国作为发展中国家, 目前整体技术发展速度还比较缓慢, 中国要想以更快的速度实现技术进步, 通过技术进步来促进经济的增长, 尤其通过依靠外部技术资源实现技术的跨越式发展是最好的方式。在产品生命周期日益缩短的国际新形势下, 依靠外部技术资源是较好的选择, 而FDI正是吸引外部资源的一个重要渠道。结合本文的实证分析, 提出以下几点建议:必须加大对人力资本积累的投入。上文的Granger因果检验得出结论, 与人力资本结合的FDI的技术溢出与经济增长是单向因果关系, 这也反映了中国经济在快速发展的同时, 对人力资本积累的投入还不够。FDI能够通过资本积累效应和技术溢出效应很好地促进中国的经济增长。同时实证研究的结果也表明, FDI与人力资本相结合的技术溢出效应要远远大于非人力资本结合的FDI技术溢出效应, 人力资本水平的高低直接影响FDI溢出效应的大小, 只有与人力资本结合的FDI的技术溢出对经济增长的作用才是显著的。加大人力投入的同时, 要加大教育投入, 加强基础设施建设, 健全对人力资本的积累和投资环境有影响的机制, 建立人才流动的体系, 最大限度地扩大FDI技术溢出效应对我国经济增长的提升能力。
摘要：新经济增长理论的“内生增长”理论提出了技术对经济增长的重要性, 作为发展中国家的中国, 获得外部技术来源是在当前产品生命周期日益缩短的形势下发展经济的捷径, 而FDI正是外部技术来源的最好的载体。本文在理论综述的基础上, 针对国内外学者对FDI研究的新思路即FDI技术溢出的“门槛效应”, 通过VAR模型基于Johansen协整分析、格兰杰因果检验、向量误差修正模型和方差分解的方法对中国的国内生产总值GDP、未与人力资本结合的FDI的技术溢出FG和与人力资本结合的FDI的技术溢出HG的对数的关系进行了实证研究, 来分析与人力资本结合的FDI的技术溢出和未与人力资本结合的FDI的技术溢出对经济增长的作用, 并针对实证分析的结果提出了相应的对策建议。
关键词：VAR模型,经济增长,与人力资本结合的FDI的技术溢出
参考文献
[1]David T.Coe, Elhanan Helpman.International R&D Spillovers[EB/OL].NBER Working Paper No.W4444.
[2]Eduardo Borensztein, Jose De Gregorio, Jong-Wha Lee[EB/OL].How Does Foreign Direct Investment Affect Economic Growth.NBER Working Paper No.W5057.
[3]陈柳, 刘志彪.本土创新能力、FDI技术外溢与经济增长[J].南开经济研究, 2006 (3) :90-101.
[4]蒋殿春, 黄静.微观层面吸收能力对FDI技术外溢的影响[J].经济与管理研究, 2006 (11) :75-79.
[5]王艳丽, 刘传哲.人力资本与FDI技术溢出[J].统计观察, 2006 (9) :86-87.
[6]章凯栋, 钟昌标.FDI技术溢出效应影响浙江自主创新的实证分析[J].浙江社会科学, 2006 (5) :71-77.
[7]高铁梅.计量经济分析方法与建模[M].北京:清华大学出版社, 2006.
功率因数补偿教学实验装置的研制 篇2
关键词 功率因数；无功补偿；电路原理图
中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）04-0076-02
Development of Power Factor Compensation Device for Teaching Experiment//Gu Ziming
Abstract This paper introduces the power factor compensation for teaching experimental device developed in the plant, reactive power compensation capacitor choice, the design of hardware circuit schematic diagram, this device on the theory and practice of teaching must have practical significance.
Key words power factor；reactive power compensation；circuit schematic diagram
Author’s address Nantong Textile Vocational Technology College, Nantong, Jiangsu226007
1 引言
在电路理论中，交流电路功率因数问题是涉及知识较多、较为抽象的内容，同时改善功率因数又是实际电路和供电系统中较为实用的方法，要将该问题讲清楚，让学生搞明白，只有将课堂教学与实验教学结合起来，应有实验课交叉进行，才能取得较为理想的教学效果，并让学生真正掌握这一知识和运用这一技术。在课堂教学进行了视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念的教学后，用功率因数问题将以上诸多功率概念有机地结合起来，选用电路和供电系统中最实际的改善功率因数的问题，采用多种思路进行分析计算，使学生全面地理解功率因数问题，开发一套模拟工厂企业实际运行的改善功率因数的装置是理论和实验教学的必然需要。
2 功率因数补偿实验装置研制
2.1 被控制对象（负载）的选择计算
1）负载选择要求。负载重量要轻，体积要小，工作要可靠，维护要方便；负载的额定电压不超过实验室常用的额定电压值，最好相等；全部负载的额定电流之和不能超过5 A，这样可以减少电流互感器的使用。负载要能模拟工厂运行的负载性质，即要为感性负载，电感量要大，电阻量要小；负载要能化整为零，这样负载才可以逐步加上去，看补偿电容如何逐个加上去；或者把负载逐个减下来，看补偿电容如何逐个减下来。
2）被控对象的选择及自然功率因数的计算。RL串联电路中将L等效为R′与理想电感L串联，电路实际上为R、R′、L串联电路（如图1所示）。
根据RL串联电路的特点有电压关系，取电流I为参考相量，则得电压相量图（如图2所示）。图2中是R′和L上的电压相量，R′与L串联电路呈感性，则电压超前电流一个角度θ，且0<θ<π/2。是R上的电压相量，与同相位，这样，即、、配成一个电压三角形，此时与的夹角φ即为总电压与总电流的夹角。只要用万用表交流电压档测得（有效值）、、就可以根据数学的余弦定理求得功率因数：。
日光灯（含镇流器）电路就是一个典型的RL串联电路，根据上述图2的原理，即可用余弦定理求出日光灯的功率因数。根据220 V、8 W日光灯实验中测得的数据U=220 V，U1=65 V，U2=207 V，则该日光灯的功率因数为：。
3）选择结果。日光灯镇流器为感性负载且满足上述要求，但8 W的日光灯的镇流器加灯管测得的额定电流为0.12 A左右，偏小了些。现在即使不使用灯管，通过的电流也不会增加很多，所以决定选用20 W的镇流器为被控制对象（感性负载）。
2.2 无功补偿电容的选择计算
1）20 W日光灯镇流器电感量和电阻值的计算。电路如图1所示，因其镇流器（等效为R′与理想电感L串联）与20 W日光灯管（等效为电阻R）配合，U=220 V，I =0.37 A，cosφ=0.35，sinφ=0.94。
估算：
R上的消耗功率约为20 W ：
计算结果：L=559/314=1.78 H，R′=208-146=62 Ω；
若在实验装置中将并联镇流器4只全投入作为负载，令RP2=0 Ω，接线如图3所示。
理论计算结果应为：UN=220 V。叠加在XLΣ=XL/4、RLΣ=RL/4两端，XLΣ=XL/4=140 Ω，RLΣ=RL/4=16 Ω。
则
实际装置屏读数为：I=1.7 A，cosφ=0.11。与计算结果完全相同。
若RP2=50 Ω全投入，4只镇流器作为负载也全投入，等效电路如图3所示。
计算结果：
实际读数I=1.4 A ，cosφ=0.45，在允许的误差范围内，说明对负载的选择及设计、计算结果是正确的。
2）补偿电容的设计计算。
若全部负载是4只整流器，Pmin=UIcosφ。
其中：
，
Pmin=220×1.7×0.11=40 W
现要将cosφ1=0.11提高到cosφ2=0.98
代入公式：；
若负载为全部镇流器，RP2=50 Ω，I=1.4 A，cosφ=0.43；Pmax=220×1.4×0.43=132 W。
现要将cosφ1=0.43提高到cosφ2=0.98，代入公式：
综合补偿电容量为17 μF～23 μF之间。
若取Co=2 μF，则可投补偿电容路数为8路～12路之间，故取中间值10路作为补偿器装置输入控制。
2.3 成套功率因数补偿实验装置功率因数补偿实验装置电路原理图如图4所示。其中，功率因数自动补偿器是提高电路系统中功率因数的全自动化电子装置[2]，通过它的调节作用，使电路中的无功消耗降到最小，达到充分利用电能、节约用电的目的。本装置所用控制器已经改造成单相控制器，通过检测系统中负荷的功率因数自动投、切补偿电容器，使系统功率因数在规定的范围内运行。检测功率因数投、切法的思想是，当一个系统功率因数下降至低于下限整定值时投入补偿电容器，当功率因数超过上限整定值时切除补偿电容器。
3 结束语
本实验装置研制成功并在理论与实践教学中得到具体应用，学生普遍对视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念有了深入理解，并能全面形象地理解功率因数的计算及补偿问题。学生掌握了功率因数补偿的工作原理、工作方式、操作应用等，就可以在工厂实际操作中得心应手，为就业增加一种技能，尤其满足了电专业学生就业的需要。
参考文献
[1]刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2004
经济功率因数 篇3
1 微网概述
所谓的微网就是一个电源系统, 其容量通常均在20KW-10MW范围内, 微电源主要包括的元件就有风力发电机以及光伏电池等, 微电源中的能量主要就来自于一些自然资源和可再生资源, 微网可以有效的将负荷以及储能装置等连接在一起, 使之成为可以控制的整体, 有效的确保孤岛与网络能够实现并列运行。
微网是一个可控的单元, 在该单元结构中, 分布着A、 B、 C三条馈线, 而在前两条馈线上, 则主要安装有储能装置以及DG两个构件, 同时连接着具有敏感性的负荷, 而且A馈线上, 还设置了可供冷以及可供热的DG, 使得能源可以实现多级利用, 而在C馈线上, 则主要连接的是并不具备敏感性的负荷, 这三条馈线在并网的模式下展开运行, 利用微网来实现对PCC以及大电网之间的连接。如果在大电网出现故障的时候, 就可以及时的将静态开关断开, 使得微网不会受到大电网故障的干扰, 实现孤岛运行。
2 微网建模分析
2.1 风电功率预测模型
一般来说, 在微网中, 要想能够使得微电源可以得到良好的管理, 就需要将微电源有效的划分为可控型微电源以及不可控型微电源两种。其中, 可控型微电源的输出功率与不可控型微电源的输出功率共同构成了微电源的输出功率。而针对可控型微电源来说, 其输出功率能够实现自主的调控。其数据流如图1 所示:
2.2 微网负荷预测模型
与风电功率动态预测模型类似, 当RBF网络输出值代入误差判别函数后不满足预测精度要求时, 调整从微网能量管理系统和SCADA得到的训练数据, 增强训练集合与预测点的关联性, 即将当前预测时间点就近扩展得到的历史微网负荷和气象数据的时间序列作为新的训练集合数据, 重新训练网络, 获得新的网络参数, 进而继续预测。
3 在发电功率和短期负荷预测的基础上分析微网经济运行策略
微网有着明显的经济性以及环保性的特点, 这是微网推广最大的优势。在目前的电力系统中, 其注重经济运行, 着重进行火电机组的经济运行优化处理, 而并不受到环境问题的干涉。但是, 在微网中有着众多的分布式电源以及储能单元, 而且每一种电源的特性都有着明显的差异, 而且这些电源系统与环境之间均有着密切的联系, 均会受到环境因素的影响, 所以, 可再生能源在利用的过程中, 需要充分的考虑到微电源这一因素, 同时也需要充分的考虑到环境成本这一运行, 从而实现网络运行的优化。
除此之外, 微网的运行模式与传统的电力系统有着明显的不同, 微网采用的运行模型一般有两种, 其一是并网运行, 其二就是孤岛运行, 这样的两种运行模式均是受到了负荷需求的影响, 微网与大电网之间的电价竞争也对微网的运行模式有着一定的影响, 因此, 要想能够对微网的经济运行进行优化的优化, 就需要充分的考虑到上述各种因素, 并利用相应的策略来实现微网经济运行的优化。
3.1并网经济运行策略
首先, 因为微电源属于不可控的能源类型, 所以, 不会对原料进行直接性的消耗, 受到的环境污染相对也较小, 所以, 要想使得微电源能够得到良好的利用, 就需要合理的对不可控微电源实施优化处理。
其次, 微网内部有着冷负荷以及热负荷的存在, 在工作运行的过程中, 需要依靠有冷热电联所产的微型燃气轮机, 在冷热负荷带动的基础上, 来更好的推动微型燃气轮机的运行。
再次, 如果在受到不可控型微电源发电量影响的前提下, 而微型燃气轮机的发电量却还无法有效的达到微网电负荷的要求, 那么就需要充分的利用到蓄电池储能装置, 利用该装置来进行对外放电处理, 同时, 针对蓄电池实施有效的监测, 保障蓄电池能够随时的处于放电的状况下, 如果蓄电池还没有实现最大化的放电要求, 那么就需要合理的依据微网电负荷的要求, 同时, 参照蓄电池在运行的过程中, 所需要的费用, 来进行大电网的售电运行。
3.2 孤岛经济运行策略
首先, 在孤岛经济运行中, 首要考虑到的因素就是不可控微型电源这一利用因素, 从而实现微电源向符合电源供电的目标。
其次, 微网包含冷热两种负荷, 并依据热定电的手段来推动微型燃气轮机的运行。
再次, 如果在热定电下以及利用不可控型微电源发电的情况下, 还无法使得微型燃气轮机的发电量达到标准化的微网负荷用电需求, 那么就需要针对蓄电池储能装置进行有效的放电处理, 同时, 对蓄电池进行持续的充电服务。
最后, 如果微网中含有的不可控型微电源以及蓄电池在放电的时候, 已经达到了最小用电负荷的状态, 但是还不能够满足微网负荷的实际需求, 这时候就需要严格的依据微网所具有的敏感水平, 按照相应的顺序来进行负荷的去除。
4 结束语
通过本文的分析可以充分的了解到, 微网在发电功率以及短期负荷预测的基础上, 主要可以采用的经济运行方式就是并网运行方式以及孤岛运行方式。微电源在应用的过程中, 需要充分的考虑到风力发电机以及燃料电池等多种构件元素, 随着微网的发展, 还可以在微网中, 加入相应的微电源, 这样可以使得微网可以实现更好的经济运行, 并能够做好相应的微电源预测工作, 进一步的实现微网的可持续发展。
参考文献
[1]陈靖, 李雨薇, 习朋, 李涛.微网系统经济运行优化[J].华东电力.2012 (02)
[2]周念成, 邓浩, 王强钢, 李春艳.光伏与微型燃气轮机混合微网能量管理研究[J].电工技术学报.2012 (01)
经济功率因数 篇4
基金项目：南宁市科技攻关资助项目（201107002A）
作者简介：蓝希清（1990—），男，江西南康人，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统与应用。
通讯联系人，E-mail：lanxiqing2008@qq.com
文章编号：1003-6199（2014）03-0022-05
摘 要：为了减少感/容性负载与电网之间的无功交换，提高电网电能质量，提出和实现一种基于SVG的功率因数校正系统。该系统使用IGBT全桥电路为主电路，采用TMS320F28335作为控制器，将解耦控制算法移植到DSP中，DSP产生PWM对IGBT进行控制。实验结果表明，该系统能够快速地响应负载侧无功功率的变化，有效地对其进行补偿，减小负载和电网的无功交换。
关键词：SVG；功率因数校正；无功补偿
中图分类号：TM46 文献标识码：A
Research on Power Factor Correction System Based on SVG
LAN Xi-qing，HU Li-kun，LU Zi-guang
（College of Electrical Engineering， Guangxi University， Nanning，Guangxi 530004，China）
Abstract：A SVG-based power factor correction system is presented and designed to reduce reactive power exchange between the grid and load. IGBT full bridge is employed as main circuit in the system， and TMS320F28335 is applied as the controller. A decoupling algorithm is applied to the DSP， thus， DSP generates the PWM to control IGBT. Experiment shows that the system can compensate the reactive power needed by load effectively and quickly， and reduce reactive power exchange between the grid and load， improve power quality of the grid.
Key words：SVG； power factor correction；reactive compensation
1 前 言
随着国民经济的飞速发展，电力的需求量也不断增加，而由于电机等感性负载的接入，造成大量无功功率在电力系统中流动，产生大量损耗，不利于节能，同时影响电能质量[1]。SVG系统通过向系统中注入或吸收无功电流来补偿系统的无功功率，从而改变负载的阻抗特性，改善电力系统的静态稳定性和动态特性。目前对SVG控制器设计方面的研究有很多，如模糊自适应控制[2-3]，但在应用方面，还是以PI控制器居多。
2 系统主电路结构和控制原理
图1为该系统主电路结构和控制原理，直流侧的电容为整个系统提供了足够的能量。控制时，先检测电网电压uab，ubc，通过锁相环计算出相角sin θ，cos θ，同时检测电网与负载之间的电流ia，ib，以电网电压进行定向，变换出两相电流id，iq，根据旋转变换理论，则id是负载的有功电流分量，iq是负载的无功电流分量，控制时给定i*q为零，即保持负载的电流和电压同向，电压外环的输出赋给有功电流环的给定。具体控制方法如下，当负载的无功功率即反馈iq变化时，经过内环PI控制器的调节，SVG系统输出一个无功电压分量uq提供给负载，从而保证负载与电网之间iq为0。同时，当直流侧电压发生变化时，电压环PI控制器输出一个i*d赋给有功电流环，这意味着，SVG系统将吸收有功电流来保证电容两端的电压稳定。
3 系统仿真分析
在MATLAB/Simulink中建立仿真模型如图 2，各个部分参数设置为：滤波电感1.7mH；直流侧储能电容3360uF；感性负载中电阻为2Ω，电感为5mH；PWM开关频率10kHz；仿真步长设置为1e-5。在0.2s时突加感性负载，观察直流侧电压的变化，波形如图 3所示，同时对比投入SVG补偿系统和未投入SVG补偿系统的各个波形如图 4所示。从图中可以看出，直流侧电压能够稳定无静差地跟踪给定。同时，投入SVG补偿系统后，即使突加感性负载，也能保证公共耦合点电压和电流同相。仿真结果验证了算法的可行性。
4 控制系统硬件结构
整个系统控制电路的硬件结构如图 5所示。
1）采样和抬升，采样使用霍尔电压传感器LV25-P，霍尔电流传感器CHB-100B，该两种传感器具有线性度高，响应速度快等优点。传感器的输出经过抬升电路，输入到DSP进行AD转换。
2）IGBT驱动，IGBT使用三菱公司的PM300DVA120模块，它里面集成了两个开关管和保护电路，容量为1200V/300A。DSP输出的PWM信号经过IGBT驱动电路后控制IGBT的通断，同时将IGBT输出的故障信号传递到故障保护电路和DSP。
3）故障保护和报警，IGBT一旦发生过流、短路、欠压故障时，都会输出一个Fo信号，将该信号输入到DSP的TZ模块，使DSP迅速封锁PWM的输出，同时断开主电路。如果DSP检测到过流、过压时，也需要及时通过保护电路切断主电路中的接触器。
4）电源，整个系统工作需要多路相互隔离的电源，其中包括控制板和采样电路电源，IGBT电源。为了提高采样的准确性，需要隔离模拟地和数字地。给IGBT供电时，IGBT的3个上桥臂使用独立的15V电源供电，下桥臂使用单独地一个电源供电。DSP发出的PWM信号与IGBT之间采用TLP559进行隔离。
5 控制系统软件设计
软件设计中的各个模块如图6所示。
1）AD采样时，设置DSP中AD转换器进行连续采样，同时将采样的结果直接连接到DSP的DMA模块，然后将其保存到DSP的内存中，这个过程不需要DSP中CPU的参与，最大限度的利用CPU资源，同时获得较多的采样数据。
2）滤波模块，由于AD转换速度快，获得的数据多，直接采用中值滤波。
3）锁相环，对电网电压进行锁相，计算出电网电压相角的正弦值和余弦值。
4）PI控制算法，为了防止积分作用使控制量持续增大，采用抗积分饱和的PI控制算法[4]，当PI输出达到上限时，停止积分的作用。
6 系统测试
对系统进行如下试验：
1）采样电路软件校正
AD转换器输出的电压值ADC_Value与实际的电压值，具有线性关系：ADC_Value=Volt*k+b，在实际使用时，受传感器转换率精度、采样电阻精度、放大器电阻精度的影响，实际的增益系数k以及偏置系数b和理想值均有所差别。为了获得较准确的k和b，可以在测量的电压、电流范围内采集20个点，然后对它们进行线性拟合，从而计算出k和b。
2）保护电路测试
给IGBT一个人为的故障信号，观察IGBT是否输出Fo信号，同时观察DSP的PWM信号是否封锁，主电路的接触器是否断开。
3）开环SPWM测试
为了测试PWM驱动电路和IGBT的好坏，直接使用一个直流电源接入直流侧，然后让DSP单纯的逆变出一个正弦波形，观察正弦波形是否发生畸变，从而判断每个PWM输出是否产生控制作用。
4）闭环测试及实验结果
前面的测试都成功后，进行闭环试验。运行DSP，闭合主电路，观察直流侧的电压是否稳定，如果稳定，则证明控制器没有发散，进而优化PI参数。测试时加入电机负载，在0到1s封锁IGBT的PWM波，不加入控制，1s时DSP发出PWM，开始投入SVG补偿系统，分别获得ua，ia的波形如图 7以及udc的波形如图 8，从图 7中可以看出，1s前ua，ia有明显的相位差，而1s时SVG补偿系统开始运行，使ua，ia之间的相位差改变为0，SVG补偿系统的效果显著。而直流侧电压能够保持稳定。
7 结 论
本文提出的基于SVG的功率因数校正系统，能够有效的跟踪感/容性负荷无功功率的变化，发出相应的无功功率，对负荷进行补偿，改变负荷的阻抗特性，减小其和电网的功率交换，改善电网的电能质量，提高了电网电能的利用率。参考文献
[1] 吴小丹，王一鸣.电能质量问题与解决方法[J].中国科技信息，2005，20：73-74.
[2] 黄建新，洪佩孙.ASVG自适应模糊控制模型及其暂态仿真研究[J].电力自动化设备，2003，23（3）：16-18.
[3] STELLA MORRIS，DASH P K，BASU K P. A fuzzy variable structure controller for STATCOM[J]. Electric Power System Research，2003， （65）： 23-24.
[4] 杨立永，袁佩娥，杨忠利.新型抗饱和PI控 制器在PWM整流器中的应用[J] .电力电子技术.2009，43（12）：31-33.
4）电源，整个系统工作需要多路相互隔离的电源，其中包括控制板和采样电路电源，IGBT电源。为了提高采样的准确性，需要隔离模拟地和数字地。给IGBT供电时，IGBT的3个上桥臂使用独立的15V电源供电，下桥臂使用单独地一个电源供电。DSP发出的PWM信号与IGBT之间采用TLP559进行隔离。
5 控制系统软件设计
软件设计中的各个模块如图6所示。
1）AD采样时，设置DSP中AD转换器进行连续采样，同时将采样的结果直接连接到DSP的DMA模块，然后将其保存到DSP的内存中，这个过程不需要DSP中CPU的参与，最大限度的利用CPU资源，同时获得较多的采样数据。
2）滤波模块，由于AD转换速度快，获得的数据多，直接采用中值滤波。
3）锁相环，对电网电压进行锁相，计算出电网电压相角的正弦值和余弦值。
4）PI控制算法，为了防止积分作用使控制量持续增大，采用抗积分饱和的PI控制算法[4]，当PI输出达到上限时，停止积分的作用。
6 系统测试
对系统进行如下试验：
1）采样电路软件校正
AD转换器输出的电压值ADC_Value与实际的电压值，具有线性关系：ADC_Value=Volt*k+b，在实际使用时，受传感器转换率精度、采样电阻精度、放大器电阻精度的影响，实际的增益系数k以及偏置系数b和理想值均有所差别。为了获得较准确的k和b，可以在测量的电压、电流范围内采集20个点，然后对它们进行线性拟合，从而计算出k和b。
2）保护电路测试
给IGBT一个人为的故障信号，观察IGBT是否输出Fo信号，同时观察DSP的PWM信号是否封锁，主电路的接触器是否断开。
3）开环SPWM测试
为了测试PWM驱动电路和IGBT的好坏，直接使用一个直流电源接入直流侧，然后让DSP单纯的逆变出一个正弦波形，观察正弦波形是否发生畸变，从而判断每个PWM输出是否产生控制作用。
4）闭环测试及实验结果
前面的测试都成功后，进行闭环试验。运行DSP，闭合主电路，观察直流侧的电压是否稳定，如果稳定，则证明控制器没有发散，进而优化PI参数。测试时加入电机负载，在0到1s封锁IGBT的PWM波，不加入控制，1s时DSP发出PWM，开始投入SVG补偿系统，分别获得ua，ia的波形如图 7以及udc的波形如图 8，从图 7中可以看出，1s前ua，ia有明显的相位差，而1s时SVG补偿系统开始运行，使ua，ia之间的相位差改变为0，SVG补偿系统的效果显著。而直流侧电压能够保持稳定。
7 结 论
本文提出的基于SVG的功率因数校正系统，能够有效的跟踪感/容性负荷无功功率的变化，发出相应的无功功率，对负荷进行补偿，改变负荷的阻抗特性，减小其和电网的功率交换，改善电网的电能质量，提高了电网电能的利用率。参考文献
[1] 吴小丹，王一鸣.电能质量问题与解决方法[J].中国科技信息，2005，20：73-74.
[2] 黄建新，洪佩孙.ASVG自适应模糊控制模型及其暂态仿真研究[J].电力自动化设备，2003，23（3）：16-18.
[3] STELLA MORRIS，DASH P K，BASU K P. A fuzzy variable structure controller for STATCOM[J]. Electric Power System Research，2003， （65）： 23-24.
[4] 杨立永，袁佩娥，杨忠利.新型抗饱和PI控 制器在PWM整流器中的应用[J] .电力电子技术.2009，43（12）：31-33.
4）电源，整个系统工作需要多路相互隔离的电源，其中包括控制板和采样电路电源，IGBT电源。为了提高采样的准确性，需要隔离模拟地和数字地。给IGBT供电时，IGBT的3个上桥臂使用独立的15V电源供电，下桥臂使用单独地一个电源供电。DSP发出的PWM信号与IGBT之间采用TLP559进行隔离。
5 控制系统软件设计
软件设计中的各个模块如图6所示。
1）AD采样时，设置DSP中AD转换器进行连续采样，同时将采样的结果直接连接到DSP的DMA模块，然后将其保存到DSP的内存中，这个过程不需要DSP中CPU的参与，最大限度的利用CPU资源，同时获得较多的采样数据。
2）滤波模块，由于AD转换速度快，获得的数据多，直接采用中值滤波。
3）锁相环，对电网电压进行锁相，计算出电网电压相角的正弦值和余弦值。
4）PI控制算法，为了防止积分作用使控制量持续增大，采用抗积分饱和的PI控制算法[4]，当PI输出达到上限时，停止积分的作用。
6 系统测试
对系统进行如下试验：
1）采样电路软件校正
AD转换器输出的电压值ADC_Value与实际的电压值，具有线性关系：ADC_Value=Volt*k+b，在实际使用时，受传感器转换率精度、采样电阻精度、放大器电阻精度的影响，实际的增益系数k以及偏置系数b和理想值均有所差别。为了获得较准确的k和b，可以在测量的电压、电流范围内采集20个点，然后对它们进行线性拟合，从而计算出k和b。
2）保护电路测试
给IGBT一个人为的故障信号，观察IGBT是否输出Fo信号，同时观察DSP的PWM信号是否封锁，主电路的接触器是否断开。
3）开环SPWM测试
为了测试PWM驱动电路和IGBT的好坏，直接使用一个直流电源接入直流侧，然后让DSP单纯的逆变出一个正弦波形，观察正弦波形是否发生畸变，从而判断每个PWM输出是否产生控制作用。
4）闭环测试及实验结果
前面的测试都成功后，进行闭环试验。运行DSP，闭合主电路，观察直流侧的电压是否稳定，如果稳定，则证明控制器没有发散，进而优化PI参数。测试时加入电机负载，在0到1s封锁IGBT的PWM波，不加入控制，1s时DSP发出PWM，开始投入SVG补偿系统，分别获得ua，ia的波形如图 7以及udc的波形如图 8，从图 7中可以看出，1s前ua，ia有明显的相位差，而1s时SVG补偿系统开始运行，使ua，ia之间的相位差改变为0，SVG补偿系统的效果显著。而直流侧电压能够保持稳定。
7 结 论
本文提出的基于SVG的功率因数校正系统，能够有效的跟踪感/容性负荷无功功率的变化，发出相应的无功功率，对负荷进行补偿，改变负荷的阻抗特性，减小其和电网的功率交换，改善电网的电能质量，提高了电网电能的利用率。参考文献
[1] 吴小丹，王一鸣.电能质量问题与解决方法[J].中国科技信息，2005，20：73-74.
[2] 黄建新，洪佩孙.ASVG自适应模糊控制模型及其暂态仿真研究[J].电力自动化设备，2003，23（3）：16-18.
[3] STELLA MORRIS，DASH P K，BASU K P. A fuzzy variable structure controller for STATCOM[J]. Electric Power System Research，2003， （65）： 23-24.
浅谈功率因数电价 篇5
关键词：电价,功率因数电价,电力改革
1 我国电价的发展及存在问题
我国在改革开放以前, 国民经济是在国家的统一控制下发展的。电价问题也是由国家统一安排、统一协调, 实行统一电价。改革开放以后, 计划经济逐渐向市场经济转轨, 电价也发生了较大的变化。随着改革开放的深入, 国家将全面进行电价改革, 电价的改革要与电力体制改革相适应, 与电力体制改革配套进行;引入竞争机制, 降低电力成本, 提高供电效率。但是这些仍没有根本解决电价引发的一些矛盾和问题。
2 功率因数变化对电价的影响
功率因数的变化贯穿于电力系统的各个环节。由于负荷的不断变化, 引起输电、配电网络中功率因数的变化, 下面通过相对比较简单的输电线路和配电线路具体实例, 分析功率因数变化对电价的影响。
2.1 以输电线路为例
有一额定电压为110kV, 长度为100km的双回输电线路。线路采用LGJ-185型导线, 水平排列, 线间距离为4m。线路最大负荷为40MW, Tmax=4500h。
分析功率因数为COSΦ=0.8和COSΦ=0.9时的输电电价。
长度为100km、LGJ-185型水平排列、线间距离为4m的双回输电线路, 经查表计算其等效电阻为8.5Ω。
输电线路一年供电量为:A=40×103×4500=1.8×108 (kW·h)
若供电电价按0.25元/kW·h计, 一年电价为:1.8×108×0.25=4500万元。
(1) COSΦ=0.8时Tmax=4500h、cosΦ=0.8时, 查得最大功率损耗时间ι=3200h。线路全年电能损耗为:
输电电价为: (1.8×108+5.62×106) ×0.25/1.8×108=0.258 (元/kW·h)
损耗费用为:5.62×106×0.25=140.5万元。
(2) COSΦ=0.9时Tmax=4500h、cosΦ=0.9时, 查得最大功率损耗时间ι=2900h。线路全年电能损耗为:.402×106 (kW·h)
输电电价为: (1.8×108+4.02×106) ×0.25/1.8×108=0.255 (元/kW·h)
损耗费用为:4.02×106×0.25=100.5万元。
2.2 以配电线路为例
有一额定电压为10kV, 长度为15km的三相架空电力线路, 采用LJ-50型导线, 线间距离为1m。线路供给用户的年持续负荷数据为:t=2000h、4000h、7000h、8760h对应P分别为P=1000kW、800kW、500kW、400kW。
分析功率因数为cosΦ=0.8和cosΦ=0.9时的输电电价。
长度为15km、LJ-50型、线间距离为1m的配电线路, 经查表计算其等效电阻为9.6Ω。配电线路一年供电量为:
A=1000×2000+800×2000+500×3000+400×1760=5.80×106 (kW·h)
若供电电价按0.30元/kW·h计, 一年电价为:5.80×106×0.30=174万元。
(1) COSΦ=0.8时。
线路全年电能损耗 (∆A) 为:期中ni=∑1Pi2∆ti= (10002×2000+8002×2000+5002×3000+4002×1760) =4.31×109
配电电价为: (5.80×106+6.47×105) ×0.30/5.80×106=0.333 (元/kW·h)
损耗费用为:6.47×105×0.30=19.41万元。
(2) COSΦ=0.9时。
线路全年电能损耗 (∆A) 为:5.11×105 (kW·h)
配电电价为: (5.80×106+5.11×105) ×0.30/5.80×106=0.326 (元/kW·h)
损耗费用为:5.11×105×0.30=15.33万元。
根据以上实例说明, 功率因数的变化, 不仅引起电能损耗、用电费用的变化, 也使电价发生变化。故此, 电价应考虑功率因数的影响, 引入功率因数电价。
3 实施功率因数电价的意义
功率因数电价, 就是输、配电网络中各处的功率因数尽可能接近1, 这样可以降低供电成本。当前电力体制改革要求“同网同价”, 在此前提下, 再采用功率因数电价具有以下意义。
(1) 节电意识。
从以上分析功率因数的变化, 使电能损耗有很大的差异。通过实施功率因数电价, 可以刺激用户采取措施提高功率因数, 降低电能损耗, 增强节约用电的意识。
(2) 电网稳定。
电力系统的稳定, 除了频率静态稳定外, 还有电压稳定。电压的稳定主要是由于无功功率的平衡。采用功率因数电价, 可以使电网功率因数运行在一个较高且相对稳定的状态, 有利于无功的平衡, 有利于电网的稳定。
(3) 科学用电。
采用功率因数电价, 势必要促使供电、用电部门增加无功补偿装置, 提高功率因数, 降低电能损耗, 降低用电成本。通过经济的杠杆促使用户自觉投入新设备, 补偿无功, 不断引入新技术达到科学用电的目的。
总之, 电价问题不仅仅是电力部门需要解决的问题, 也是影响各行各业及其人们生活的问题。功率因数电价, 对电力系统的运行、科学的用电、合理的管电都会起到积极的作用。
参考文献
[1]电力网及电力系统[M].水利电力出版社, 1992, 12.
有源功率因数校正浅析 篇6
在整流电路中,交流电经整流后得到单向脉动电。为了得到波形较为平直的直流电,往往在整流后需接一个大容量的滤波电容,如图一中的C。由于C的容量很大,工作时储存的电荷很多,只有当输入电压超过电容器上的电压时,整流元件中才有电流流过,如图二所示。u为输入电压,i为输入电流,即流过整流元件的电流。很明显,虽然输入电流为正弦波,输入电流i呈尖脉冲状,且产生一系列奇次谐波,如图三所示。产生的谐波电流的“二次效应”反过来使电网电压波形发生畸变而造成污染,引发电路故障,损坏设备,同时会对自身及同一系统中的其他电子设备产生恶劣的影响。
根据电工学的基本理论,电路的功率因数(式中的I1为输入电流基波有效值,IR为电网电流有效值,其中I1,I2,…,In为输入电流各次谐波有效值,U1为输入电压基波有效值,r为输入电流的波形畸变因数,cosφ1为基波电压与基波电流的位移因数)。可见,PF值由φ1和r两个因数决定。因此,电路功率因数的校正就是减少φ1值和提高r值,即减少输入电压与输入电流的相移,抑制电流谐波分量。在AC/DC电路中,功率因数校正通常有两种方案:无源功率因数校正(PPFC)和有源功率因数校正(APFC)。
1 无源功率因数校正(PPFC)
无源功率因数校正的原理主要是增加输入电流的导通时间,使电源电流的波形接近电压的正弦波,减少它的失真。
图一电路中,由于C的存在,只有当输入电压高于C两端电压时,整流器中才有电流流过。一般C的容量很大,致使整流二极管的导通角远小于180°,即输入电流的导通时间很短,导致电路的功率因数约为0.6~0.7。
图四是一种典型无源PFC电路。当输入电压高于C1和C2两端的电压时,两个电容器处于串联充电状态。当输入电压低于C1和C2两端的电压时,两个电容处于并联放电状态。这样就增加了二极管的导通角,电容可在120°范围内充电,输入电流的时间被增加,电流为零(死区)的时间只占33.3%,功率因数可提高到0.9。但电容上的电压起伏很大,谐波分量依然很高。
2 有源功率因数校正(APFC)原理
有源功率因数校正(APFC)电路是在整流器与负载之间接入一个DC/DC开关变换器,应用电压电流反馈技术,使输入端电流波形跟随输入正弦电压波形,从而使输入电流波形接近正弦波,并且相位相同。
图五为有源功率因数校正电路,它在图一的基础上增加了一个APFC控制器IC,由它控制MOS管VT1的导通与关断,使输入电流变成一连串的三角波,并且它的幅值按输入电压的正弦规律变化,就可以大大提高电路的功率因数。此电路由功率MOS开关管VT1、升压电感L、升压二极管VD、输出电容C0及APFC控制器IC所组成。电路的具体工作情况如下:
(1)MOS开关管VT1导通时,APFC控制器输出的是频率为25kHZ以上的正脉冲信号。在APFC控制器输出高电平时,MOS开关管VT1导通,图五变成如图六所示的等效电路形式。VT1导通,相当于开关S1接通,二极管VD因VO的反偏而截止,相当于S2断开。由于开关管的开关频率很高,在开关的半个周期的短时间内,输入电压uI可近似看做不变,电感电流上升的速率di/dt为常数(Ldi/dt=uI),电感电流直线上升,电感中储存的磁能LiL2/2也随电流的增加而增加。
(2)MOS开关管VT1截止时,图五电路可简化为图七形式。
由于电感电流iL不能突变,只能由原来的数值ILP线性下降。电感的磁能释放出来,与输入电压相叠加,对电解电容器CO充电,电容上面的电压显然比输入电压高。因此这种电路称为升压式APFC电路。在开关管截止时,电感电流下降,并且按线性规律直线下降(Ldi/dt=VO-uI,在uI近似不变的条件下,也是常数)。一旦控制器检测到电感电流下降到零时,它又输出控制信号,使开关管再一次导通,开始下一个开关周期。
图八是电感电流或输入电流在APFC控制器控制下,电流变化的波形。
从图八中可以看出,输入电流或电感电流是一串连续的直线上升、直线下降的三角波,只要三角波的峰值ILP能够跟随并反映出输入电压的变化,其平均值为峰值的1/2,就能按正弦规律变化,使功率因数接近于1。
3 一款主频同步控制的典型APFC电路
图九是以TA310F为核心的APFC电路,采用的是Boost型APFC变换器。
Boost型APFC变换器有以下优点:
(1)输入电路中的储能电感L适用于电流控制;
(2)电容器C储能大、体积小;
(3)输入电流连续,且在输入开关瞬间峰值电流较小,易于进行ENI滤波;
(4)输入电感L能抑制快速的电路瞬变,提高了电路的工作可靠性;
(5)输出直流电压高于输入直流电压;
(6)在整个输入电压范围内能保持很高的功率因数。
TA310F主要包含一个乘法器MPX、电流误差放大器EI和PWM比较器,三者协调工作,将系统的输入电流校正为正弦波,从而实现对谐波的抑制。
乘法器MPX有两个输入信号:一个是通过电阻R1检测输入电压并作为基准的正弦波信号;另一个输入是(TA310F内)电压误差放大器EV输出,作为输出稳压的控制信号。乘法器为电流输入型,不易受噪音干扰。乘法器输出的电流信号为基准正弦波电流与电压误差放大器EV输出的乘积,它通过电阻R3产生一个信号电压。该信号电压与由电阻R2检测到的主电路电流的信号电压的差输入到电流误差放大器EI中,而EI与PWM比较器、驱动器、主电路及R1形成一个闭环控制回路,使两者的差无限接近于零。也就是说,电阻R3上的信号电压与电阻R2上的信号电压相同,以达到电源的输入电流波形无限接近于基准正弦波的目的。
此PFC电路有两个闭环控制电路:一是电流控制环,用于实现功率因数校正;二是电流误差放大器EI和PWM比较器、驱动器、主电路及R1构成的电压控制器,使输出电压稳定。电路的开关频率f=95kHz,PF=99.2%,效率η=95.4%,THD只有0.127,电流波形得到明显的校正,如图十所示。
4 结束语
在功率因数校正中,无源功率因数校正难以获得较高的功率因数,而有源功率因数校正能够达到较为满意的效果,因此成为目前电源功率因数提高的重要研究方向。而简化控制策略、降低PFC成本、提高响应速度、降低器件开关应力、提高整机效率是大家共同追求的目标。对新拓扑结构、新控制策略的研究将成为重点,将有源功率因数校正和无源功率因数校正技术相结合的功率因数校正技术也会成为一个重要的研究方向。
摘要：在功率因数校正中,无源功率因数校正难于获得较高的功率因数,而有源功率因数校正能够达到较为满意的效果,因此成为目前电源功率因数提高的重要研究方向。而简化控制策略、降低PFC成本、提高响应速度、降低器件开关应力、提高整机效率是大家共同追求的目标。
关键词：功率因数,校正,提高,APFC
参考文献
[1]王志强.开关电源设计[M].北京:科学技术出版社,2003.
[2]秦曾煌.电子技术(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
[3]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2001.
提高客户用电功率因数考核指标 篇7
现行电网功率因数调整电费办法自实施以来已有数十年, 在一定时期内对促进客户安装无功补偿装置, 提高用电功率因数起到了积极作用。然而随着电网容量的迅速增大, 电网和客户的电力容量情况均发生了很大的变化, 原有电网容量小, 发电机组小, 客户用电量小, 电网输送功率也很小, 电网的功率因数高低对电网的影响不大, 对无功功率因数要求也不高, 出台客户功率因数调整电费办法, 能促使原来那些大工业客户安装无功功率因数补偿器就可以了。然而, 随着电网的不断增大, 电网的容量由原来的几十万千瓦变成现在的几千万千瓦, 增长几十倍甚至上百倍, 客户用电量由原来的几十亿千瓦时变成现在的一千多亿千瓦时, 增长几十倍。目前, 电网由于电源点分布不均匀, 形成电能大容量远距离输送, 而原功率因数电费考核标准影响了客户功率因数的提高, 不利于减少电网中的无功输送容量, 不能继续降低电网中的功率损耗, 对电网的稳定性、电压水平、电网的经济运行、节约能源, 减少排放等都造成一定影响。
电网功率因数调整电费管理办法的目标是协调供用电双方的关系, 引导和激励用电客户正确配置使用无功补偿器, 尤其是投资动态无功补偿设备, 实现无功就地补偿, 减少使用电网无功电能, 提高电网功率因数, 减少电网电能损耗, 改善客户电能质量, 保障电网安全经济运行, 减少电网投资并降低生产成本。
二、提高客户功率因数考核指标对电网损耗的影响
电网发电厂无功功率因数考核0.8, 0.85, 发电厂发出大量无功电能, 经过发电厂的升压变压器, 升成高电压后由发电厂专用线送入高压电网, 再由省高压输电网输送到各地。各地区枢纽变电站 (500k V或220k V变电站) 降压后, 经过送电线路输送至110k V或35k V变电站 (或直接送到用电客户) , 或由110k V或35k V变电站降压成10k V电压等级, 经过配电线路送给客户用电。经过这一系列升压、降压输送过程, 使电网有功功率和无功功率远距离、大容量输送, 势必造成大量的电网电能损耗。由于发电厂的位置已经固定无法改变, 有功电能必须经过这一系列升压、降压输送过程才能到达客户, 这是无法改变的。而无功功率却不一样, 它是可以就地补偿就地利用的。因此, 若减少发电厂输出无功电量, 可以使电网的电能损耗大大降低。由此可见, 通过提高客户功率因数考核指标的经济杠杆, 能够有效提高客户功率因数, 有效减少电网无功功率输送, 优化电网结构, 减小电网电压降, 保证客户的供电质量;提高功率因数考核指标, 可以减少电网输送过程中大量有功功率损耗, 节约电能, 减少发电排放, 是一项利国利民的社会节能减排工程。
三、提高客户功率因数考核指标对客户自身的影响
提高客户功率因数考核后对企业自身经济效益的影响, 这个问题我们针对当地一些用电大户作了调查, 目前, 这些用电大户的无功补偿装置使用效率都不会很高, 提高功率因数考核后企业剩余的无功补偿容量已经足够满足要求, 无需增加新的无功补偿装置, 只要加强无功补偿管理就行了。在功率因数考核指标提高之前, 由于用电客户无功补偿不是很足, 管理也差, 电网输送无功电能较多, 客户电压降大, 电压波动也大, 对企业的安全生产、产品质量有较大影响。对于新增用电客户, 提高功率因数考核后, 客户在设计施工时, 就可以考虑减小线路导线截面, 减小主变压器容量和开关、设备容量, 可以节省建设投资, 以抵消增加无功补偿装置多投入的费用。因此, 客户通过多投入无功补偿设备提高自身功率因数后, 提高了电网的稳定性和用户用电质量的可靠性, 这不但对电网的安全稳定有益, 而且对于用户的长远发展和保障自身的用电质量方面也起到较好的效果。
四、电网目前执行的功率因数调整电费存在的缺陷
电网目前执行的功率因数调整电费是:第一, 当功率因数刚好达到考核标准时, 比如说功率因数考核标准是0.85, 企业实际使用功率因数刚好也是0.85时, 功率因数调整电费是零, 也就是说功率因数电费考核是不奖励, 也不罚款;第二, 当功率因数超过考核标准时, 比如说当企业实际使用功率因数为0.86时, 比考核标准高1%时, 功率因数调整电费是0.001元/k Wh进行奖励, 依此类推, 企业实际使用功率因数每提高1%时, 功率因数调整电费也是按提高0.001元/k Wh进行奖励;第三, 当功率因数达不到考核标准时, 比如说企业实际使用功率因数为0.84时, 比考核标准低1%时, 功率因数调整电费是0.005元/k Wh进行罚款, 依此类推, 企业实际使用功率因数每降低1%时, 功率因数调整电费也是按提高0.005元/k Wh进行罚款。这种不痛不痒的功率因数考核办法对用电客户提高功率因数起不到什么作用, 感觉这个功率因数考核可有可无, 很麻木, 根本就没有引起用电客户的重视。这种功率因数考核调整电费办法不利于当前电网节能减排, 不利于国家节能减排政策实施。因此, 现行的功率因数电费调整办法已经不能满足电网经济安全的实际需要, 不能起到监督促进作用, 需要我们认真探讨研究, 改进这种不合理的考核办法, 以满足电网生产节能减排的需要。
五、客户功率因数考核指标、电费调整方案及电网无功补偿优化
电网现行客户功率因数考核标准为0.85和0.9, 若把客户功率因数考核标准提高到0.95, 用智能电能表实时考核无功电能, 把功率因数调整电费按0.85的考核模式, 奖励和罚款按五倍计算, 实行重奖重罚, 迫使所有用电客户都必须增加投入无功补偿, 提高用电功率因数, 以达到减少电网无功电能输送。从客户的无功电能使用情况可以得出, 将客户用电功率因数考核指标由0.85, 0.9提高到0.95, 发电厂功率因数考核指标由0.80, 0.85提高到0.9, 0.95后, 经过对电网无功补偿进行优化, 使电网输送无功电能大幅下降, 不但可以降低电网大量有功电能损耗, 而且电网线路设备可以增加输送容量, 减少电网线路设备投资。以某电网目前的供用电量1, 500亿千瓦时来进行估算, 每年可以减少电网损耗有功电量超过二十亿千瓦时, 电网输送容量可以增加百分之七左右, 也就是说电网投资可以节约百分之七左右, 可以减少电力线路设备大量投资, 取得明显的节能减排效果。
六、结语
小容量系统功率因数校正技术 篇8
由于Boost电路拓扑结构简单且具有较小的电磁干扰(EMI),通常选用Boost电路作为功率因数校正的拓扑,传统的功率因数校正(PFC)技术采用的电路拓扑是有桥Boost PFC电路,控制策略多采用平均电流法,需要设计的环节比较多,而且与输入频率有关,不仅增加了设计的难度,也使电路结构变得很复杂。同时,由于整流桥的损耗比较大,导致整机效率比较低,为了优化电路设计,提高整机效率,简化对电路的控制策略,采用单周期控制[7]无桥双Boost功率因数校正(2nd DBPFC)电路拓扑,进而提高输入电网电压频率变化时的功率因数。
1 无桥电路拓扑及单周期控制技术
1.1 无桥电路拓扑
图1(a)为有桥Boost PFC电路拓扑,当电路工作在低压大电流场合时,过高的导通损耗和开关损耗使得整机的效率不高,为了减小损耗,提高效率,考虑省去整流桥,引出无桥电路拓扑[7],见图1(b)。相比之下,无桥2nd DBPFC电路拓扑减小了整流桥的导通损耗,效率比较高,且2个开关管可以同时驱动,控制相对比较简单,而输入功率通过二极管VD3和VD4与输入母线直接相连,减小了共模干扰[8]。
为了更清晰地分析2种电路的损耗,建立功率器件的损耗分析模型,通过模型可以计算出输入功率Pin从100~500 W变化时2种电路拓扑的损耗,如图2所示。当Pin>400 W时,无桥2nd DBPFC电路拓扑的损耗Ploss明显比传统电路损耗小,进一步说明无桥电路拓扑具有更高的整机效率。
1.2 单周期控制技术
单周期控制技术[9,10]是由美国学者提出的一种新型大信号、非线性、不需要乘法器的控制方法,突出特点是无论稳态还是暂态,都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于控制参考信号。该控制方案具有动态响应快、开关频率恒定和易于实现等优点。
根据单周期控制技术的概念,电路的输出信号y(t)可以表示为[11,12]
其中,Ts为开关周期,uref(t)为参考信号。通过调制参考信号值,可以实现在一个开关周期内瞬时地控制输出信号的平均值,达到动态调节的效果。
控制芯片IR1150S(1)[13]内部主要由电压误差放大器、电流放大器、复位积分器、触发器以及一些比较器组成,该芯片虽然体积小,但是功能非常齐全,在电路拓扑中采用IR1150S芯片,能够缩小装置的体积,且单周期技术与IR1150S芯片结合,具有结构简单、线性度高、动态响应快等优点[14]。
2 单周期控制在无桥电路拓扑中的应用
假设变换器工作在电感电流连续模式下,开关频率远大于线电压频率,PFC电路实现的目标是输入电流跟踪输入电压,即实现输入阻抗为纯阻性。
单周期控制Boost PFC变换器的控制方程[15]为
其中,ug为输入电压,um为调制电压,d为占空比,Rs为采样电阻,M(d)为DC/DC变换器的电压转换比。
若忽略电感电流纹波,则电感平均电流i軃L可近似认为等于电感瞬时电流iL,可表示为输入电流ig:
可得单周期控制无桥Boost变换器的控制方程:
其中,Um为调制电压um的有效值。
其中,输入阻抗Rs/(1-d)为定值,即实现了PFC电路输入阻抗为纯阻性的目标。
构造单周期下降沿调制方程如下:
由控制方程可知,采样电流与电压呈线性关系,即当输入电压的频率或幅值变化时,采样电流能动态跟踪电压相应地变化,因此,采样电流的频率随输入频率的变化而变化,实现变频功率因数动态校正。电路拓扑工作原理如图3所示。
由于每个电感分别工作在半个周期中,L1=L2,其工作模态可以分为2个阶段。
a.正半周(UP>UN)。L1、VT1和VD1组成Boos电路,L2被VD4短接,VT1导通时流过L1的电流增加,电感储能;VT1关断时电流经过VD1向负载供电。
b.负半周(UP
3 存在的问题及解决方案
首先分析单周期控制无桥2nd DBPFC电路拓扑的阻抗特性。
对式(3)移项可得:
假设电感之后的电压为UD,则
电感电压UL为
根据电压关系UL=Ug-UD,可知:
对式(10)进行拉斯变换可得:
由式(11)可以得出输入等效阻抗呈感性,即单周期控制无桥2nd DBPFC电路拓扑呈感性。整个电路可以等效为由一个阻抗为Re的电阻和一个感抗为XL的电感串联组成,可以在输入端加一个容抗为XC的电容来减小整个电路的感性。
调整电容的容抗大小满足下式,即等效输入阻抗的虚部为零,在一定程度上也可以减小输入电流和电压的相位差。
4 仿真分析及实验验证
根据图3所示原理图,在Saber软件中搭建仿真模型进行验证,输入电压频率从350~650 Hz变化,查看输入电压与输入电流的波形,选取400Hz和600 Hz的仿真波形,如图4所示。结果显示,在不同输入频率下,输入电流均能跟踪输入电压,相位差较小。
设计一台实验样机,样机性能要求如下:输出功率500W,输入电压80~150V,输出电压270V,开关频率100 k Hz,电感电流总谐波畸变率THD<5%,功率因数λ>0.95。主功率部分参数:高频滤波电容Cin=0.47μF,输入两分立电感L1=L2=360μH,输出滤波电容取1 m F,采样电阻Rs=0.1Ω,开关管选取CoolMOSTM系列的IPW60R099CP,二极管选用超快恢复二极管STTA806D。控制部分参数:Rsf=100Ω,Csf=100μF,Rfb1=Rfb2=499 kΩ,Rfb3=26.6 kΩ,Rovp1=Rovp2=499 kΩ,Rovp3=23.5 kΩ,补偿环节CZ=0.33μF,Rgm=66.6 kΩ,CP=120 p F。控制电路采用IR1150芯片,使用电流互感器检测输入电流。
根据设计的参数,搭建实验平台,进行实验验证。输入电压频率在350~650 Hz变化,测试负载为满载和轻载、频率为400 Hz和600 Hz时输入电流的THD和装置的功率因数,如表1所示。使用示波器查看不同条件下输入电压与输入电流的波形,如图5所示。
实验结果表明:在各种实验条件下,输入电流的THD均小于5%,功率因数均大于0.99,达到了实验样机的预期要求;无论是负载变化还是输入频率变化,输入电流均能够很好地跟踪输入电压,进一步验证了单周期控制无桥2nd DBPFC电路拓扑能够在变频和负载变化情况下动态校正功率因数。
5 结论
随着单周期控制技术的完善和发展,其在功率因数校正领域内应用越来越广泛。采用控制芯片IR1150,可简化控制电路,使整个电路拓扑设计简单;相对于全桥PFC电路,采用无桥2nd DBPFC电路拓扑,可有效提高整机效率。仿真和实验证明,采用该功率因数校正方案,在输入电压频率变化时,输入电流能够很好地跟踪输入电压,对远离电源的末端配电网,特别是备用电源投入使用时,系统电压和频率随负载变化较大的情况下,在实现动态功率因数校正、消除谐波污染方面具有很大的优势。
摘要：为了提高电力电子装置的功率因数,选用一种功率因数校正方案,在电路拓扑方面采用无桥双Boost功率因数校正(2nd DBPFC)电路,降低电路损耗,可提高装置的效率;在控制策略方面采用单周期控制技术,不需要乘法器及输入线电压采样和电压前馈,只需开关管电流峰值信号就能完成对输入电流的控制,控制电路的设计简单。对单周期控制无桥2nd DBPFC电路拓扑的可行性和阻抗性进行了分析,阐述了此方案在频率变化情况下进行功率因数校正的原理及优越性,并通过Saber软件仿真和样机试验验证理论分析的正确性。
经济功率因数 篇9
摘要：本文简单介绍了OrCAD 9.2软件，并介绍了无源功率因数校正电路的仿真的仿真，给出了结果。
关键词：OrCAD 开关电源 仿真
1 OrCAD 9.2软件简介
Cadence公司的OrCAD 9.2软件无论是原理图绘制工具、Pspice仿真工具还是PCB设计工具，都是采用国际工业标准，与国际接轨。OrCAD软件系统中的每一部分都是相对独立的模块，可以根据需要单独使用，相互之间又有内在联系，共同构成一个完整的CAD系统，由设计项目实施统一管理。用户不必花过多的时间来考虑各个软件的调用，设计数据格式和交换方式，可以将主要精力放在电子线路设计本身。
OrCAD 9.2软件系统三个模块的功能与特点：
1.1 OrCAD Capture CIS。这是一个功能强大的电路原理图设计模块，除了可以生成各类模拟电路、数字电路、和数模混合电路的原理图外，还配有元器件信息系统CIS（Component Information System），可以对元器件的调用实施高效管理。该软件还具有ICA（Internet Component Assitant）功能，可以在设计电路图的过程中从Internet的元器件数据库中查阅、调用上百万种元器件。它是一个完全基于Windows环境的原理图输入软件，兼容Windows标准。可以说，Capture强大的功能和易于使用的特点使其已成为原理图输入的工业标准。
1.2 OrCAD Pspice。这是一个通用的电路模块模拟仿真模块，除了可以对模拟电路、数字电路和数模混合电路进行模拟仿真外，还具有对电路优化设计的功能。该软件中的Probe模块，不但可以在模拟仿真结束后显示结果信号的波形，而且可以对波形进行各种运算处理，包括提取电路特性参数，分析电路特性参数与器件参数的关系等。
1.3 OrCAD Layout plus。这是一个印制电路板（PCB）的设计模块，可直接将OrCAD Capture生成的电路图通过手动或自动布局布线方式转化为PCB设计。在PCB设计中，采用的层次可达30层，布局分辨率为1m，放置元器件的旋转角度可精确到(1/60)°。完成PCB设计后，可设计成三维显示模型，也可直接生成GeRber光绘文件。
2 基于OrCAD的无源功率因数校正电路的仿真
无源功率因数校正法是在AC/DC变换器的输入端增加无源元件，以补偿滤波电容的输入电流，如在输入回路中串联电感器，限制输入电流的上升率（di/dt），延长导通时间，功率因数可以提高到0.9。无源PFC技术电路简单，容易实现，但校正效果有限，在实际应用中还受到体积、重量、性价比等各种因素的限制，目前主要在电力系统中有些应用。近年来，无源PFC技术也有所发展，典型的新型无源PFC技术就是利用电容和二极管网络构成的填谷（Valley Fill）方式PFC整流电路，其基本结构如图1所示。当输入电压高于电容C1和C2上的电压时，两个电容处于串联充电状态；当输入电压低于电容C1和C2上的电压时，两个电容处于并联放电状态。由于电容和二极管网络的串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，从而使输入电流的波形得到改善。用一个电阻或电感与二极管D2串联，可进一步改善输入电流的波形。这种功率因数校正方法可使功率因数达到0.9以上。这种虽然能很好的获得较高的功率因数，却不能很好地降低输入电流的谐波含量。
用OrCAD Pspice A/D对没有采用功率因数校正时的AC/DC变换器进行仿真，结果表明，由于整流后滤波电容的存在使输入电流变为一个尖脉冲，在一个周期中的导通时间还远不到五分之一。利用OrCAD中的Probe模块对输入电流进行傅里叶变换得到的频谱图如图2所示。
可以看出，输入电流产生一系列的高次谐波。在开关电源中，正是由于前端整流滤波电路（即前端AC/DC变换电路）使输入电流发生畸变，致使开关电源的功率因数严重降低。
浅析功率因数提高与供电质量关系 篇10
1 提高功率因数的意义
1.1 充分利用电源设备的容量、降低投资。
交流电源 (发电机或变压器) 的容量是用其视在功率S来衡量的。当容量一定的电源设备向外供电时, 负载能够得到多少有功功率, 除了与电源设备的视在功率S有关外, 还与负载的功率因数有密切关系。由P=Scosφ知, S一定时, cosφ越大, 发电机输出的有功功率就越大, 无功功率就越小, 反之, 输出的有功功率就越小, 无功功率就越大。提高用户功率因数可以使同容量的供电设备向用户提供更多的有功功率, 提高供电能力。换句话说, 用户所需有功功率一定的情况下, 功率因数越大, 发电机、变压器的输配电线等容量都可以相应减少, 从而降低电网的投资。例如:某用户所需的有功功率是100KW, 若功率因数cosφ=0.5时, 需配置220KVA左右的变压器, 如果将功率因数提高到0.9, 变压器容量只需要稍大于110KVA就行了。
1.2 减少输电线路上的能量消耗, 提高供电质量。
在当电源电压一定情况下, 向用户输送一定的有功功率时, 由P=3UIcosφ可知, 电流I和功率因数cosΦ成反比, 功率因数越低, 流过输电线路的电流就越大, 由于输电线路本身具有一定的阻抗, 由线损△P=I2R知, 因此线路损耗也就越大, 线路上的电压降就越大, 这不仅使更多的电能白白的消耗在线路上, 而且使用户端的电压随之降低, 特别的变化也会影响电气设备正常运行。衡量电能质量的指标包括三个方面, 即频率、电压和波形。国家标准规定的电力系统交流电的正常运行频率为50 (±0.1~±0.2) HZ, 波形要求为正弦波, 供电电压在允许变化范围内。如变化范围超过允许值时, 往往会影响设备的正常工作, 造成振动、损耗增加, 使设备绝缘加速老化甚至埙坏, 危及人身安全, 甚至电力系统的运行也会受到影响。可通过调频、调压和无功补偿等措施来保证频率和电压的稳定。
3提高功率因数确保电压稳定
3.1提高用电设备本身的自然功率因数, 合理选择和使用电气设备。这种方式提高功率因数是在不添加任何补偿设备, 利用降低各用电设备所需的无功功率, 减少负载取用无功功率来提高用户功率因数的方法, 它不需要增加投资, 是最经济提高功率因数的方法。3.1.1合理使用电动机。合理选择电动机的型号、规格和容量, 使其在额定负载运行, 避免“大马拉小车”的现象。当电动机实际负荷比额定容量低许多时, 功率因数将急剧下降, 这时电动机做功不大, 耗用的有功功率和无功功率都很多, 造成电能的浪费, 效率变低。故从节约电能和提高功率因数的观点出发, 必须正确地合理地选择电动机的容量。3.1.2采用同步电动机提高功率因数。通过改变同步电动机的励磁电流, 可以改变功率因数。同步电动机正常励磁时, 电动机为电阻负载, 功率因数为1, 欠励时电动机为感性负载, 向电网吸取一定的感性无功功率, 这非常不好, 过励时, 电动机为容性负载, 向电网输出感性无功功率。在低压用户区使用大容量的同步电动机, 令其在过励状态下工作, 则同步电动机能向附近的感性负载提供感性无功功率, 使负载所需的感性无功功率不必从发电厂或电网送来, 于是减少输电线的电流, 降低线损, 提高了功率因数及效率。3.1.3合理选择变压器容量, 改善配变电站的运行方式。电力变压器的选择同样也要配套, 容量过大而负荷较小的变压器, 也会增大无功功率和铁心的损耗。对负载率比较低变压器, 一般采用“并车”或
是在电网末端, 将会长期处于低电压运行状态, 影响负载正常工作。“解列”等方式, 使其负载率提高到最佳状态, 从而改善电网的自然
总之提高功率因数, 不但可以充分发挥发电及供电设备的生产能力, 减少线路损失, 改善电压质量, 保证供电质量, 而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户节约电能。
2 影响功率因数cosφ的主要因素
2.1 异步电动机和电力变压器是电网中占用无功功率最多的电气设备。
异步电动机定子、转子绕组有电感决定异步电动机需要较多无功功率。异步电动机所耗用无功功率主要由空载时无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分组成。所以要改善异步电动机的功率因数, 就要防止电动机空载运行, 并尽可能在额定负载下工作。变压器消耗的无功功率主要是它的空载无功功率, 用来产生励磁, 它与负载的大小无关, 为了改善电力系统和用户的功率因数, 变压器不应在空载运行或长期处于低负荷运行状态。因此, 当有季节、昼夜或负荷变化较大的变电站 (所、室) , 适当解列或并车变压器。
2.2 供电电压对功率因数的影响。
当供电电压高于设备额定电压, 由U=4.44NΦmf知, 频率f不变, 使磁通Φm增加很快, 磁路的磁导率迅速减少, 励磁电抗Xm随磁导率成正比地很快减少, 使空载电流I0急剧增大, 无功功率增长很快, 功率因数cosφ减少。当供电电压低于额定电压时, 功率因数cosΦ有所提高, 但会影响电气设备的正常工作。
2.3 电网频率的波动对功率因数的影响。
若电源电压大小不变, 频率f的变化, 由U=4.44NfΦm可知, 主磁通Φm也将发生变化, 从而使磁路的饱和程度改变, 磁路的磁导率发生变化, 励磁电抗Xm也变化, 空载电流I0也会改变, 导致功率因数cosΦ发生变化。但频率功率因数。3.1.4采用损耗小、新工艺、新技术、新材料、高效节能、性能好的电动机与变压器, 对提高功率因数保证供电电压稳定也有大幅度地提高。
3.2 在感性负载上并接电容器人工补偿。
感性负载和电容器并联后, 线路上的总电流比未补偿时要小, 总电流和电源电压的相位夹角Φ也减少, 使cosΦ增大, 这就提高了线路的功率因数。人工补偿方法有随机、随器就地补偿, 分散补偿, 集中补偿。3.2.1随机就地补偿。容量较大 (PN>50KW) , 负荷平稳且经常使用的用电设备, 通过控制保护装置与电容器组同时投切, 随机就地补偿电动机无功功率。该补偿优点:安装灵活方便, 对环境要求不高, 配套设备少, 维护方便, 投资少, 投切灵活, 在配电网中经济效益好。3.2.2随器集中补偿。将低压电容器通过熔断器接在配电变压器二次侧, 以补偿变压器空载无功功率。该补偿的优点:接线简单, 维护管理方便, 从而提高变压器利用率, 具有较高的经济性, 是非常普遍补偿方式。
总之, 功率因数是衡量供电系统电能利用程度的一个重要技术经济指标。只有提高功率因数, 才能降低损耗, 减少投资, 保证供电质量。
参考文献
[1]王丽英.工厂供配电技术[M].北京:劳动出版社.[1]王丽英.工厂供配电技术[M].北京:劳动出版社.
[2]电工基础.第三版.[2]电工基础.第三版.
[3]孟宪芳.电机与拖动基础[M].西安:西安电子出版社.[3]孟宪芳.电机与拖动基础[M].西安:西安电子出版社.