【正文】 摘要無(wú)功功率是影響電壓穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，它關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于工業(yè)企業(yè)存在大量低功率因數(shù)、沖擊性負(fù)載，導(dǎo)致大量無(wú)功的產(chǎn)生。同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大功率的電力電子設(shè)備得到廣泛運(yùn)用，然而，由于電力電子設(shè)備的非線性特性，運(yùn)行時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波，因此，如何將無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制同時(shí)進(jìn)行考慮，是未來(lái)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題之一。本設(shè)計(jì)介紹了功率理論的發(fā)展，以及常用的無(wú)功補(bǔ)償方式的原理和特點(diǎn)，同時(shí)重點(diǎn)介紹了瞬時(shí)無(wú)功功率理論以及以此為基礎(chǔ)的TSC無(wú)功補(bǔ)償控制器。在硬件方面，本文設(shè)計(jì)了基于LF2407A DSP芯片的TSC控制器、控制器外圍電路及主電路三大模塊。在軟件方面，本文包括數(shù)據(jù)采集軟件、控制投切算法、觸發(fā)控制軟件三部分。其中著重介紹了無(wú)沖擊電流投入電容的設(shè)計(jì)思路，得出了一個(gè)好的電路。軟件仿真和樣機(jī)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，這種TSC裝置在提供動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償和減小沖擊涌流方面具有優(yōu)良的性能。 關(guān)鍵詞:晶閘管投切電容器。數(shù)字信號(hào)處理器:無(wú)功功率補(bǔ)償。無(wú)沖擊涌流投入AbstractReactive power is an important factor to the voltage stability, and it is also related to secure and steady operation of the power systems. Plenty of low power factor and fluctuant load in the industrial enterprises cause the generation of a large amount of var. With development of the electric and electronic technology largepower electric and electronic devices which are nonlinear and generate a large amount of harmonic during the running are widely used in the industries. Therefore, how to bine reactive power pensation and harmonic suppressionis one of the important subjects in the future study of the reactive power pensation technology.In this paper, the development of power theory and reactive power pensation equipment are introduced, and the emphasis is on instantaneous power theory and the TSC Controller based on this theory. In this device, three modules are designed in this paper, including the TSC controller based on LF2407A DSP chip, the peripheral circuit and the main circuit. In terms of software, the data collection software, the calculation method of switch control and the trigger control software are discussed with focus on the design of the turnon without inrush current.The results of software emulation and measurement of model machine have indicated that this type of TSC provides superior performance of dynamic reactive power pensation .and decreasing inrush current.Key words: TSC。 DSP。 Reactive power pensation。 Turnon without inrush current目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 1 3 4 7第2章 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔眉肮ぷ髟?9 9 10 10 1 1 1 10第3章無(wú)功補(bǔ)償容量和位置優(yōu)化的計(jì)算 13 13 1 1 16 1 1 19 1 1 1 1第4章 電網(wǎng)無(wú)功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 25 TMS320LF2407A控制電路板設(shè)計(jì) 27 19 1 1 A相同步觸發(fā)電路 1 19 19第5章 電網(wǎng)無(wú)功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 28 28 29 2余弦函數(shù)的產(chǎn)生 29 29第6章 結(jié)論 28致謝 30參考文獻(xiàn) 31附錄 3347第1章 緒論隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平的提高，各種類型用電設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)電壓質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。但是，由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行變化等原因，我國(guó)配電網(wǎng)損耗、電壓合格率等技術(shù)指標(biāo)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有較大差距。由于電壓不合格等原因造成用戶電器燒毀的現(xiàn)象仍然存在，而網(wǎng)損過(guò)高使得生產(chǎn)的寶貴電能白白浪費(fèi)，并且影響電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)網(wǎng)損率居高不下的原因是多種多樣的，其中負(fù)荷增長(zhǎng)過(guò)快、配電網(wǎng)不合理是最主要的原因，而人們對(duì)“無(wú)功”的認(rèn)識(shí)不如對(duì)有功的認(rèn)識(shí)那樣深刻也是一個(gè)重要原因。在供電系統(tǒng)生產(chǎn)和運(yùn)行中必須認(rèn)識(shí)到，如何用好有限的電力和生產(chǎn)電力是同等重要的。在我國(guó)現(xiàn)有l(wèi)0kV配電網(wǎng)中，并聯(lián)補(bǔ)償電容器是主要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，無(wú)功補(bǔ)償方式多為集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合。以前供電部門(mén)無(wú)功補(bǔ)償管理出發(fā)點(diǎn)主要放在用戶側(cè)，比較重視和注意補(bǔ)償用戶負(fù)荷的功率因數(shù)，而不是立足于降低整個(gè)電網(wǎng)的損耗。例如，為提高某電力用戶負(fù)荷的功率因數(shù)，則安裝或增設(shè)一臺(tái)補(bǔ)償裝置，這固然會(huì)對(duì)降損有所幫助，但是如果要實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效的降損，還需要通過(guò)計(jì)算無(wú)功潮流，確定電網(wǎng)各點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償量、補(bǔ)償方式，才能發(fā)揮無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖畲笮б?。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)稱配電自動(dòng)化，是對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個(gè)集成系統(tǒng)，它是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)在配電網(wǎng)監(jiān)視與控制上的應(yīng)用。配電自動(dòng)化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門(mén)的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。按照系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)，配電自動(dòng)化可分為配電管理系統(tǒng)(DNIS主站)、變電站自動(dòng)化、饋電線路自動(dòng)化、用戶自動(dòng)化等四個(gè)層次的內(nèi)容。饋電線路自動(dòng)化由于投資規(guī)模大，技術(shù)上最近才有較大的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)國(guó)家未來(lái)電力規(guī)劃的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。饋線自動(dòng)化主要完成饋電線路的監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。其主要功能有：運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓等。電壓/無(wú)功優(yōu)化控制是饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，其內(nèi)容是指針對(duì)每一運(yùn)行方式(實(shí)時(shí)方式和研究方式)調(diào)整無(wú)功電源、電容器和變壓器抽頭，在保持各母線電壓合格條件下盡可能降低網(wǎng)損。作為計(jì)劃它能完成一天(或一周)的電壓/無(wú)功調(diào)度曲線，同時(shí)盡量減少電容器和斷路器的頻繁投切；取實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，提出解除電壓越限和降低網(wǎng)損方案，供調(diào)度員參考和進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓/無(wú)功控制。饋線級(jí)分布電容的就地補(bǔ)償和變電站電壓無(wú)功的綜合優(yōu)化是用自動(dòng)化來(lái)降低網(wǎng)損、改善供電質(zhì)量和提高供電能力的有力措施?，F(xiàn)階段，我國(guó)正在進(jìn)行大規(guī)模的配電網(wǎng)改造。部分地區(qū)城網(wǎng)改造己經(jīng)基本完成，農(nóng)網(wǎng)改造正在大規(guī)模的進(jìn)行著。配網(wǎng)自動(dòng)化項(xiàng)目、無(wú)功補(bǔ)償項(xiàng)目正在逐步成為城區(qū)、郊區(qū)供電局重點(diǎn)關(guān)注和準(zhǔn)備實(shí)踐的項(xiàng)目。根據(jù)這種情況和考慮供配電系統(tǒng)實(shí)際需要，本文提出研究配電自動(dòng)化無(wú)功優(yōu)化和控制方法，因?yàn)樵谂渚W(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施過(guò)程中，如果能將無(wú)功優(yōu)化、控制考慮在內(nèi)，對(duì)降低線損、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有非常重要的意義。我國(guó)電力工業(yè)向來(lái)比較重視有功負(fù)荷、有功電量，輕視無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電量。但最近的一些信息表明，無(wú)功問(wèn)題已經(jīng)受到很大的重視。這是因?yàn)椋簾o(wú)功補(bǔ)償有著巨大的效益無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)適用于電力系統(tǒng)及各行業(yè)用電單位。對(duì)于電力系統(tǒng)，通過(guò)采用無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)可以降低線損，提高末端電壓，保證供電質(zhì)量對(duì)于用電企業(yè)，較大功率的用電設(shè)備，采用就地補(bǔ)償裝置可以取得同樣的節(jié)能效果。電力部門(mén)在近年來(lái)進(jìn)行的城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)改造中也強(qiáng)調(diào)無(wú)功的就地補(bǔ)償。無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)可以為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電力系統(tǒng)和用電企業(yè)若采用此技術(shù)，將獲得良好的收益。由于無(wú)功負(fù)荷大，功率因數(shù)偏低會(huì)造成大量有功電能損耗，多消耗無(wú)功就會(huì)相應(yīng)地多消耗有功。無(wú)功負(fù)荷大，功率因數(shù)偏低，如果不能就地補(bǔ)償，就使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，損失較大，值得注意。居民生活和樓宇無(wú)功負(fù)荷急劇增長(zhǎng)居民生活和樓宇用電，在五、六十年代僅僅是指照明用電，而且照明燈具基本上都是白熾燈，功率因數(shù)接近。但自改革開(kāi)放以來(lái)，在照明用電上推廣熒光燈和節(jié)能燈，；特別嚴(yán)重的是家用電器迅速普及，；只有電熱水器屬于電阻負(fù)荷，功率因數(shù)比較高。節(jié)能燈雖然可以節(jié)約有功電力和電量，但節(jié)能燈消耗了大量無(wú)功電力和無(wú)功電量，在推廣節(jié)能燈時(shí)，只講節(jié)約有功，不講多消耗無(wú)功，不采取補(bǔ)償措施是不妥當(dāng)?shù)?。由于居民生活和樓宇用電中大量使用家用電器，用電量的比重急劇增長(zhǎng)，僅居民生活用電占總用電量的比重己經(jīng)達(dá)到，如果包括商業(yè)、賓館、寫(xiě)字樓等樓宇用電，估計(jì)用電比重可達(dá)30%左右。這么大的用電量的功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，對(duì)電力部門(mén)的經(jīng)濟(jì)影響是很大的。我國(guó)目前農(nóng)村居民的家用電器的普及率還不高，隨著農(nóng)村電氣化水平的提高，居民生活和樓宇的用電量還會(huì)有很大提高。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家居民生活用電的比重可達(dá)30%40%，加上樓宇用電可以超過(guò)，我國(guó)也必將朝著這個(gè)方向發(fā)展，我國(guó)應(yīng)當(dāng)重視居民生活和樓宇的無(wú)功用電問(wèn)題。重視無(wú)功負(fù)荷問(wèn)題提倡無(wú)功就地補(bǔ)償國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能信息中心告訴我們，無(wú)功也是一種資源，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償可以達(dá)到節(jié)能，降低視在功率，提高電壓合格率，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)電力工業(yè)正在由粗放的數(shù)量型向集約的質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，重視無(wú)功負(fù)荷問(wèn)題。提倡無(wú)功就地補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)成為這個(gè)轉(zhuǎn)變的重要內(nèi)容之一來(lái)考慮。這可以從以下兩方面來(lái)說(shuō)明：(1) 要建立起無(wú)功也是資源，要像節(jié)約有功一樣來(lái)節(jié)約無(wú)功的觀念。要向用戶宣傳節(jié)約無(wú)功的重要意義，自覺(jué)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償要提高供電企業(yè)職工對(duì)無(wú)功的認(rèn)識(shí)，要像節(jié)約有功一樣來(lái)注意節(jié)約無(wú)功，要像重視有功電能表的校驗(yàn)一樣來(lái)重視無(wú)功計(jì)量裝置的校驗(yàn)工作。電力部門(mén)要重新研究無(wú)功計(jì)價(jià)問(wèn)題，是繼續(xù)采用功率因數(shù)獎(jiǎng)懲辦法，還是采取其他計(jì)價(jià)措施。(2) 要修訂家用電器的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。感性負(fù)荷的家用電器不僅要有節(jié)約有功的標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)當(dāng)有節(jié)約無(wú)功的標(biāo)準(zhǔn)，或者對(duì)各類家用電器的功率因數(shù)作出規(guī)定，要求家用電器制造商對(duì)各種家用電器的無(wú)功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。降低網(wǎng)損是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)主要目標(biāo)，降低網(wǎng)損主要依靠一次系統(tǒng)合理的規(guī)劃和運(yùn)行，但通過(guò)一、二次系統(tǒng)的有效配合，即通過(guò)自動(dòng)化還可使網(wǎng)損進(jìn)一步降低。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，配電網(wǎng)網(wǎng)損約占整個(gè)電網(wǎng)能量輸出的5%，通過(guò)自動(dòng)化可在此基礎(chǔ)上再減少10%(%)。因此，在我國(guó)配網(wǎng)網(wǎng)損較高的情況下，自動(dòng)化更應(yīng)有所作為。目前，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始使用一些新型、快速的無(wú)功優(yōu)化設(shè)備。例如，靜態(tài)電容器(Static Condenser STATCOM)或靜態(tài)補(bǔ)償器(Static Compensatory STATCOM)是快速響應(yīng)的固態(tài)電力控制器，～69kV配電饋線連接處提供靈活的電壓控制以改進(jìn)電力質(zhì)量；同時(shí)也是一個(gè)交流同期電壓源，通過(guò)一個(gè)聯(lián)絡(luò)電抗和配電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，并能用改變電壓源的幅值和相角的方法和配電系統(tǒng)交換無(wú)功和有功功率，其結(jié)果就可通過(guò)以STATCOM和配電線之間的聯(lián)絡(luò)電抗來(lái)控制電流。這樣可調(diào)節(jié)無(wú)功電流和抑制電壓波動(dòng)。STATCOM是通過(guò)一個(gè)先進(jìn)電力半導(dǎo)體裝置組成的固態(tài)的直流到交流的變流器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它能有效地替代配電系統(tǒng)采用常規(guī)電壓和無(wú)功控制組件、有載分接開(kāi)關(guān)、電壓調(diào)整器和自動(dòng)投切電容器。一臺(tái)多功能的STATCOM包括的功能有電壓控制、動(dòng)態(tài)濾波、低損控制無(wú)功和有功功率。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家電力公司對(duì)城網(wǎng)建設(shè)改造所提出了明確目標(biāo)：電壓合格率提高到98%。而要達(dá)到和實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不采用新技術(shù)手段和自動(dòng)化手段難以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槲覈?guó)大部分中、低壓配電網(wǎng)設(shè)備陳舊，配電變壓器一般是不采用有載調(diào)壓，SZ型有載調(diào)壓變壓器使用中不安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所以實(shí)際上也是不能調(diào)整的。因此，目前使用分布式的電容器方式進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償仍是占十分重要的地位。我國(guó)配電網(wǎng)專用變壓器普遍安裝有變壓器總?cè)萘?0%左右的電容器，并且可以根據(jù)負(fù)荷的大小逐步投切，公用變壓器是通過(guò)變電站的電容器提供無(wú)功功率。配電系統(tǒng)及配電設(shè)備的分布量大、面廣，配電自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及的費(fèi)用大部分為可遙控操作的開(kāi)關(guān)設(shè)備的費(fèi)用，以及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的費(fèi)用。在控制及通信方面，中壓配網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)的投入遠(yuǎn)比控制系統(tǒng)本身高得多，這使配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)很難在一個(gè)區(qū)供電局所管轄的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同時(shí)全面鋪開(kāi)，只能先對(duì)個(gè)別局部線路進(jìn)行配電自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)性運(yùn)行，然后再逐步全面推廣。對(duì)配網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化大部分廠家所提供的是對(duì)每臺(tái)公用變壓器進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)姆桨?，即?duì)每臺(tái)變壓器安裝無(wú)功補(bǔ)償調(diào)節(jié)器和一組電容器