【正文】 主控制器芯片的選取 本系統(tǒng)采用 TI 公司的 TMS320LF2407 作為主控制器，主要是考慮諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性與無功補(bǔ)償是不可分割的。該裝置具備完整的顯示控制保護(hù)功能。考慮系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，電容器分組采用二進(jìn)制方案，即采用（ K1）個(gè)電容值均為 C 的電容和一個(gè)電容值為 (C/2)的電容，這樣的分組可使組成的電容值有 2K 級(jí)。 (7) 閉鎖報(bào)警 :當(dāng)系統(tǒng)電壓大于或等于一定值 (該值可調(diào) )，閉鎖控制器投入回路；投切器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警；執(zhí)行回路發(fā)生異常時(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警。 (2) 輸入電流模擬量 額定輸入電流模擬量： 5A 50Hz 輸入端輸入阻抗： 不大于 2. 測(cè)量及顯示精度 (1) 電壓 各相電壓 % (2) 電流 各相電流 % (3) 有功功率 各相及總和 % (4) 無功功率 各相及總和 % (5) 視在功率 各相及總和 % (6) 頻率 % (7) 功率因數(shù) % 3. 控制要求 (1) 控制靈敏度 不大于 (2) 過電壓保護(hù) 應(yīng)在 105%～ 120%之間可調(diào)，動(dòng)作回差 612V (3) 延時(shí)時(shí)間 10～ 120s 可調(diào) (4) 過電壓分段總時(shí)限 不大于 60s (5) 投切動(dòng)作時(shí)間間隔 不小于 300s (6) 斷電后所有數(shù)據(jù)保持時(shí)間 不小于 72h 11 (1) 功能設(shè)置要求 1) 能實(shí)現(xiàn)三線對(duì)稱補(bǔ)償和分相補(bǔ)償組合 2) 投入、切除門限設(shè)定值 3) 延時(shí)設(shè)定值 4) 過壓保護(hù)設(shè)定值 5) 諧波超值保護(hù)設(shè)定值 6) 面板功能鍵操作應(yīng)具有容錯(cuò)功能 7) 面板設(shè)置應(yīng)具有硬件或軟件閉鎖功能 (2) 顯示功能 1) 工作電源工作顯示 2) 超前、滯后顯示 3) 輸出回路工作狀態(tài)顯示 4) 過壓保護(hù)動(dòng)作顯示 5) 控制器應(yīng)具有電網(wǎng)即時(shí)運(yùn)行參數(shù)及設(shè)定值調(diào)顯功能 6) 控制器應(yīng)具有監(jiān)測(cè)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)顯功能 7) 諧波超值保打動(dòng)作顯示 8) 手動(dòng)、自動(dòng)指示顯示 (3) 延時(shí)及加速功能 :輸出回路動(dòng)作 應(yīng)具有延時(shí)及過電壓加速動(dòng)作功能。 然而，傳統(tǒng)的單片機(jī)作為控制器的系統(tǒng)由于受硬件資源與速度的限制，采樣精度不高，每周波的采樣點(diǎn)少，只自出選擇計(jì)算量小的算法，結(jié)果限制了測(cè)量的精度。無功電源與 有功電源一樣是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、保證電能質(zhì)量和安全運(yùn)行必不可少 的 [15]。這兩種裝置的特性比較見表 11： 表 11 斷路器開關(guān)與晶閘管開關(guān)控制投切的無功補(bǔ)償裝置性能比較 斷路器開關(guān)控制 晶閘管控制 投切性能 有火花壽命短 無火花壽命長 動(dòng)作時(shí)間 長 (約幾十毫秒 ) 短 (約幾十微秒 ) 適應(yīng)的負(fù)荷 相對(duì)穩(wěn)定的負(fù) 荷 可補(bǔ)償沖擊性負(fù)荷 電壓穩(wěn)定性 電壓有波動(dòng) 通過控制投切時(shí)間，可消 除電壓波動(dòng) 價(jià)格 低 高 9 任何一種智能無功補(bǔ)償裝置，都需要個(gè)控制器來完成電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量計(jì)算，控制電容組的投切。 7）選用干式或充 SF6 的自愈式并聯(lián)電容器，提高運(yùn)行可靠性，延長使用年限。 3）從采用交流接觸器進(jìn)行通斷，到選用晶閘管開關(guān)電路通斷，發(fā)展為等電壓接通、零電流分?jǐn)嗟淖罴淹?斷模式。 低壓無功補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn) 低壓無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種：裝于低壓電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)就地補(bǔ)償；裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)償箱；裝于企業(yè)配電房或車間以及高層建筑樓層配電 間的自動(dòng)補(bǔ)償柜（如 PGJ 柜等）。經(jīng)過多年的分析與實(shí)驗(yàn)研究，其最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí) 刻 [13]。 TSC用于三相電網(wǎng)中可以是三角形連接，也可以是星形連接。 (TSC) 為了解決電容器組頻繁投切的問題， TSC 裝置應(yīng)運(yùn)而生。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR與固定電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器 (TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補(bǔ)償器 (TCR+MSC)。 S C RU ( t )LA CU ( t )CS C RLA C 圖 14 TCR 型補(bǔ)償器原理圖 圖 15 TSC 型補(bǔ)償器原理圖 在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變壓器，這樣就不需要單獨(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。 兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖如圖 14所示。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大 小 [8]。 當(dāng)前無功補(bǔ)償裝置分類 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流無觸點(diǎn)開關(guān) SCR 、 GTR、 GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開關(guān)速度可以提高 500 倍 (約為 10μ s)，對(duì)任何系統(tǒng)參數(shù)，無功補(bǔ)償都可以在一個(gè)周波內(nèi)完成，而且可以進(jìn)行單向調(diào) 節(jié) [6]。 無論是圖 12 電路還是圖 13電路，電容器組的投切都是靠開關(guān) (i=1,2,3,? ,n)來完成的，目前這種靜止開關(guān)主要分為兩種，即斷路器或電力電子開關(guān)。 20 世紀(jì) 70 年代以來，隨著研究的進(jìn)一步加深出現(xiàn)了一種靜止無功補(bǔ)償技術(shù) (Static Var Compensation)。因此，它適用于無功變化不大的場(chǎng)合。圖 12 中， M 代表需要滯后無功功率的用電設(shè)備， 和 C 是用于向 M 提供無功的無功補(bǔ)償裝置。 電容器溫升 高 , 電容器本身的功率損耗增大 , 電容器使用壽命縮短 。電網(wǎng)中感性負(fù)荷等效電路可看作電阻 R 和電感 L 串聯(lián)的電路 , 功率因數(shù) cos Φ =22 XRR? 式中 XL=WL 將 R、 L串聯(lián)電路與電容 C并聯(lián)之后 , 電路見圖 1 a, 該電路電流方程為 :?I = ?cI + ?RLI RLRLI ??I?UC?CI ?CI ?U?IRL? a) （ 補(bǔ)償電路 ） b) 相量圖 (欠補(bǔ)償 ) RLI??U?CI ?I c) 相量圖 (過補(bǔ)償 ) 圖 11 并聯(lián)電容補(bǔ)償無功功率的電路和向量圖 由圖 1 b 的相量圖可知 , 并聯(lián)電容后 , 電壓 ?U 與 ?I 的相位差變小 , 即供電回 5 路的功率因數(shù)提高了。 無功補(bǔ)償原理 配電網(wǎng)中負(fù)荷無論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷 ,大部分是感性負(fù)荷。可見減少 線路無功 4 功率的傳輸可以減少線路的無功功率損耗。節(jié)點(diǎn)電壓有效值的變化，也將使流經(jīng)線路的無功功率隨之發(fā)生變化。因此迫切需要對(duì)系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。s required function, this paper designs and realizes paratively integrate microputer controlled circuit and its peripherals circuit, including triggering circuit, sampling circuit, displaying circuit and municating circuit. At last, also points out the influence of harmonics to the pensation system, and the protect measurement in the condition of high harmonics on the power . [Keywords] reactive power pensation monitor of electric power wire digital signal processor (DSP) 3 第一章 緒 論 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x 電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。s hardware core is the 16bit fix point DSPTMS320LF2407 produced by TI corp ,which has many merits such as high operating speed and high realtime. The device39。它們包括觸發(fā)電路、采樣電路、顯示電路及通訊電路等 。 在 系統(tǒng)硬件上 為了滿足 比傳統(tǒng)的單片機(jī)控 制運(yùn)算速度高，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn) ， 采用了 16 位定點(diǎn) DSPTMS320LF2407 作為主 控制 器 。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 在系統(tǒng) 軟件 上 采用晶閘管控制投切電容器，全數(shù)字化控制，全中文液晶顯示界面實(shí) 時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況，完全實(shí)現(xiàn)了電容器的快速，無弧，無沖擊投切 。最后 ，還介紹了電網(wǎng)諧波對(duì)補(bǔ)償裝置的影響，以及裝置在電網(wǎng)諧波含量超標(biāo)時(shí)采取的 保護(hù)措施。s software core thyristor as switch that connect capacitors to main circuit, numeralization control, and Chinese menu LCD. Interface displaying system39。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線路損耗，保證 工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低用電損耗等都有直接影響。 無功功率的分布對(duì)電壓有決定性的影響 在不考慮輸電線的對(duì)地電容時(shí)，從節(jié)點(diǎn) i送到節(jié)點(diǎn) j 的功率為 P+jQ，節(jié)點(diǎn) i和節(jié)點(diǎn) j的電壓分別為 和 ，節(jié)點(diǎn) i、 j之間的支路阻抗為 R 十 jX。因此電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的變化會(huì)引起無功功率潮流的變化。從有功功率損耗公式222 )( URQPP ???可見，當(dāng)有 功功率和無功功率通過網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗。運(yùn)行時(shí)需從電網(wǎng)吸收大量無功功率 , 致使電網(wǎng)功率因數(shù)、電能質(zhì)量降低 , 電網(wǎng) “ 技術(shù)損耗電能 ”增加。此時(shí)供電電流的相位滯后電壓 , 這種情況稱欠補(bǔ)償 。 容性無功在線路上傳輸也會(huì)增加電能損耗。 當(dāng) 閉合使 M運(yùn)行時(shí)， M 從電網(wǎng)吸取有功功率和無功功率。 M 圖 12 最簡(jiǎn)單 的無功補(bǔ)償 但在實(shí)際用電系統(tǒng)中，無功往往變化很大，圖 12 所示的補(bǔ)償裝置顯然無法滿足要求。這種技術(shù)經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。斷路器 開關(guān)由于受器件固有特性的限制，在控制器檢測(cè)到無功的變化需要投入或切除補(bǔ)償電容器組時(shí)，開關(guān)速度較慢，約為 1030ms，不能快速跟蹤負(fù)載無功功率的變化，而目前投切電容器時(shí)常會(huì)引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過電壓，這樣在需要頻繁投切時(shí)，不但易造成接觸點(diǎn)燒焊，而且使補(bǔ)償電容內(nèi)部擊穿，所受應(yīng)力大，維修量大。現(xiàn)今所指的無功補(bǔ)償裝置一般專指使用晶閘管的無功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類型：一類是具有飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置 (SR： Saturated Reactor)；第二類是晶閘管控制電抗器 (TCR： Thyristor Control Reactor)；第三類是 晶閘管投切電容器 (TSC： Thyristor Switch Capacitor)，后兩類裝置統(tǒng)稱為 SVC( Static Var Compensator)[7]?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^改變控制繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度， 從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無功電流的大小。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電 網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù) 載， 此電路的有效移相范圍為 900 ～ 1800 。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過較小的電抗器與可控硅閥連接。這種具有 TCR 型的補(bǔ)償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣 泛 [11]。其單相原理圖如圖 15所示。一般對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱 網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾方面。 4）智能型自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)合。 無功補(bǔ)償裝置的選擇 從當(dāng)前無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展來看，目前廣泛應(yīng)用的幾種無功補(bǔ)償裝置，即第二節(jié)所介紹的幾種無功補(bǔ)償裝置，從控制投切裝置的不同來看可以分為兩類：一類是采用斷路器開關(guān)來控制；一類是采用晶閘管控制。以斷路器作開關(guān)元件的無功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是接點(diǎn)信號(hào)，控制接觸器的吸合或斷開。 電網(wǎng)中存在的無功功率有感性的和容性的兩種，由于一般的電網(wǎng)中負(fù)載多為感性，如：異步電機(jī)，變壓器等，傳統(tǒng)的就地?zé)o功補(bǔ)償裝置是通過單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)電容器組的投切。故本系統(tǒng)采用DSP TMS320LF2407 作為總控制器，指令速度很決，達(dá) 30MI