用電子電源干預工頻電源來提高電力用戶用電電壓和電流的質量

1前言

電力系統是由發電廠、電力網及配電裝置和終端負載共同組成。發電廠將其他能源轉換成交流電能，電力網及配電裝置將交流電能輸送到負載，負載再將交流電能轉換成動力能、熱能、光能等不同形式的能量，為工業和人們生活服務。交流電能無法儲存，所以交流電能的生產、輸送、分配和消費都應在同一時間內完成。于是，發電廠產生的交流電能必須與負載消耗的能量時刻保持相對平衡。在電能的傳輸過程中，發電廠的運行方式和負載的不斷變化會引起負載兩端電壓和電流的變化，從而影響用電質量。為了滿足用戶的某種用電需要，需要對負載兩端的可調電力參數（如電壓、電流等）進行相應的調整。常用的調整方式有交流穩壓器、交流濾波器、穩壓電源、無功電流補償器、諧波電流治理器等等。但是這些調整方式都是以一個完整工頻周期為基礎，通過調整有效值來實現的。本文以電力參數的瞬時值為研究對象，通過對瞬時值進行調整和控制，進而實現對負載兩端電壓和電流的控制。

2補償法原理介紹

根據電工基本原理可知，通過負載的交流電壓和交流電流的瞬時值表達式為：

u=U_msin(ωt+φ)（1）

i=I_msin(ωt+φ_ui)（2）

其中，U_m表示交流電壓的最大值，I_m表示交流電流的最大值，ω表示交流電壓或交流電流變化的角頻率，φ₀表示交流電壓的初始相位，φ_ui表示當電壓u加在負載上時，由于負載性質不同，瞬時交流電流與瞬時交流電壓之間產生的相角偏移。

由以上兩個表達式可知，交流電壓的瞬時值會受到U_m、ω、φ₀的影響，交流電流的瞬時值會受到I_m、ω、φ_ui的影響。當電路中存在各次諧波時，交流電壓和電流的瞬時值也會產生相應的變化。由于系統中負載阻抗大小及性質的變化會造成電網結構的變化，從而引起負載兩端電壓的變化。再者，負載電流流過配電裝置的內阻時，負載兩端電壓也會產生相應變化。由于系統中負載阻抗大小及性質的不同，負載電流也會產生變化，而且，負載兩端電壓的變化也會引起負載電流的變化。因此，交流電壓和交流電流之間也是相互影響的。

ω是由電網本身決定的，不可人為調整；相角φ₀僅代表工頻周期的開始和結束，對于控制過程并無本質影響。因此，可調電力參數就剩下U_m、I_m、φ_ui和諧波成分。

下面介紹通過負反饋補償法和檢定補償法實現對負載兩端交流電壓的控制。

2.1負反饋補償法

圖1交流電壓負反饋補償法的原理圖

通常供電電壓直接與負載相連，本方法在供電電壓和負載之間串聯一個補償變壓器的次級線圈，補償變壓器初級線圈的兩端輸入與供電電壓形式相同、極性相反的補償電壓，這樣即可在負載兩端得到由供電電壓和補償電壓共同作用生成的相對穩定的電壓。具體步驟為：首先，利用短波收音機中自動增益控制原理，從采樣電壓兩端得到一個相對穩定的標準電壓。標準電壓的實現方法是：先從供電電壓兩端通過變比為A的采樣器得到一個與供電電壓形式相同的、滿足一定比差和角差的、可適用于電子器件運算的低電壓，即采樣電壓，再將結型場效應管和分壓電阻串聯后接于采樣電壓的兩端，利用結型場效應管在零柵壓附近的線性阻抗特性，通過控制結型場效應管的柵壓，在分壓電阻和場效應管之間的節點上獲得一個相對穩定的電壓，此電壓經電壓放大器放大后便可得到一個與采樣電壓水平相當的、相對穩定的標準電壓。將標準電壓與采樣電壓的差值放大A倍作為補償電壓加在補償變壓器的初級線圈上，并耦合到用電電路中，這樣補償電壓與供電電壓串聯疊加后為負載供電，起到了穩壓的效果。