一种新颖的功率因数采样及算法技术研究

一种新颖的功率因数采样及算法技术研究

陈识微1朱可意2

1杭州市富阳区供电公司2电子科技大学

1引言

1.1功率因数概念

随着各行各业控制技术的发和要求可操作性能的提高，许多场合的用电设备都不直接使用通用交流网提供的交流电作为电能来源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各种所需的电能形式。它们的幅度、频率、稳定度及变化方式因用电设备的不同而不同，如电动机变频调速器、绿色照明电源、开关电源等等，它们接入电压网后，也有一个交流电源的利用率问题。上述产品有一个共同特点就是:利用桥式整流器和大容量的滤波电容实现AC/DC转换，由工频市电获得直流电压;虽然交流输入电压基本上未出现波形失真，但输入电流却不再保持正弦波形，而是呈不连续的峰值较高的脉冲。功率因数是一个重要的概念，随着科学技术的发展，其概念有了新的内涵，对测量仪器也有一定的要求，在理论教学中应注意其前提条件，实验操作时应选用合适的仪表。

1.2研究背景

目前电网功率因数控制器中的功率因素采样技术经历了两个阶段，在电力电子技术尚未成熟阶段，电网谐波问题不明显，电能质量较好，电流电压的波形畸变普遍较小，功率因数的采样技术也较为单纯，即检测电压和电流信号的过零相位差直接计算得到；随着电力电子技术的发展，电网中大功率电力电子设备大量应用，谐波问题也日益严重，电压和电流信号的过零点受谐波干扰也日益明显，导致传统的检测方法不能准确采样到真实的功率因数，在此阶段发展出另一种检测手段，即分别对电压和电流信号进行离散A/D转换，在一个周波内同步采集电压和电流信号，分为N点，分别计算电压和电流的真有效值，通过COS=P/S计算得到准确的功率因数；但这里仍然存在一些问题，一是N点采样基于电压同步信号的频率采样，但受谐波干扰，频率采样受影响，间接影响装置稳定性，二是在判断超前滞后上存在一定的复杂性，因为需要将电压和电流信号进行低通滤波处理，分别滤除其中的谐波成分，再判断信号间的相位关系，而低通处理后必然导致信号相位差的偏离，反过来影响功率因数计算的误差。

3研究效果或优点总结

由以上理论分析和电路实现可见，本技术方案存在以下几个优点：

（1）功率因数计算及超前滞后的判断由电压和电流基波分量进行，不受谐波干扰。

（2）在信号输入端没有加入硬件的低通滤波电路，相位差不存在偏离，精度高。

（3）不需要电压同步信号的支持，工作稳定附加可得到电压和电流的谐波分量，而不需要经过复杂的傅立叶计算。

（4）所有信号处理均由软件完成，硬件电路极为简化，成本低廉。

目前该技术方案已在新型功率因数控制器中得到了批量应用，现场运行稳定，测量精度和抗谐波干扰性能优异，取得了与理论分析一致的结论。

参考文献

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