【正文】 thout 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。數(shù)字信號(hào)處理器:無(wú)功功率補(bǔ)償。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。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。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。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。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。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。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。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?，F(xiàn)階段，我國(guó)正在進(jìn)行大規(guī)模的配電網(wǎng)改造。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。電力部門在近年來(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。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。這么大的用電量的功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，對(duì)電力部門的經(jīng)濟(jì)影響是很大的。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。電力部門要重新研究無(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。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%(%)。這樣可調(diào)節(jié)無(wú)功電流和抑制電壓波動(dòng)。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%。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。這種方案對(duì)于公用變壓器比較多的網(wǎng)絡(luò)，投資成本很大。第2章 無(wú)功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中作用及工作原理電力系統(tǒng)無(wú)功功率優(yōu)化是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。因此，要做好無(wú)功電源規(guī)劃建設(shè)、加強(qiáng)無(wú)功控制和電壓管理，進(jìn)行合理的無(wú)功調(diào)度。為了保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)盡可能地減少和避免不必要的無(wú)功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)，優(yōu)化系統(tǒng)無(wú)功潮流的分布，隨時(shí)隨地維持無(wú)功功率的平衡。如果系統(tǒng)的無(wú)功電源不足，則會(huì)使系統(tǒng)處于較低電壓水平上的無(wú)功功率平衡；反之，如果系統(tǒng)因?yàn)槿狈φ{(diào)節(jié)手段而使某段時(shí)間內(nèi)的無(wú)功功率過(guò)剩，就會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過(guò)高。當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，也可能在電壓穩(wěn)定比較薄弱的環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。對(duì)于供電部門，網(wǎng)絡(luò)的損耗會(huì)增加其供電成本，給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。影響電壓穩(wěn)定水平負(fù)荷點(diǎn)的電壓水平與無(wú)功功率平衡密切相關(guān)。當(dāng)無(wú)功負(fù)荷變化時(shí)，如果系統(tǒng)中其它無(wú)功電源不足以維持整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡，就需要發(fā)電機(jī)改變其運(yùn)行狀態(tài)來(lái)參與無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。故常用容性無(wú)功功率補(bǔ)償感性無(wú)功功率，以減少電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷，也就是所謂的電動(dòng)機(jī)、變壓器吸收無(wú)功電流而并聯(lián)電容器“發(fā)出”無(wú)功電流的原因， 即并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑?。電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷是電感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無(wú)功功率，例如，感性電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率約占其總功率的6070%，變壓器約占其總功率的2025%，而空載運(yùn)行時(shí)。并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理分析如下。對(duì)、串聯(lián)的負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)碾娐啡鐖D21(b)所示。機(jī)械式投切的并聯(lián)電抗器和晶閘管可投切并聯(lián)電容器是目前我國(guó)常用的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備，這些靜止型調(diào)壓設(shè)備無(wú)功調(diào)節(jié)不連續(xù)，并且響應(yīng)速度慢(秒級(jí))，很難適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的快速變化。同步調(diào)相機(jī)有過(guò)激磁和欠激磁兩種運(yùn)行方式過(guò)激磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供感性無(wú)功功率，為無(wú)功電源，這是一種經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài)欠激磁運(yùn)行時(shí)，則從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，成為無(wú)功負(fù)荷，這是在系統(tǒng)負(fù)荷較輕，無(wú)功功率過(guò)剩，電壓過(guò)高時(shí)的特殊運(yùn)行狀態(tài)。但由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，即在系統(tǒng)電壓降低時(shí)，靠維持或提高本身的無(wú)功處理能力，可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支撐，所以至今仍在高壓輸電系統(tǒng)中發(fā)揮作重要作用。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)，以并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負(fù)荷無(wú)功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)無(wú)級(jí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。1977年美國(guó)GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行了晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。于是靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)成了專指使用晶閘管的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，包括晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlled ReactorTCR)和晶閘管投切電容器(Thyistor Switched CapacitorFC)，以及這兩者的混合裝置(TCR+TSC)，或者TCR與固定電容器(Fixed CapacitorFC)或機(jī)械投切電容器(Mechanically Switched CapacitorMSC)合使用的裝置(即TCR++MSC)等。這些補(bǔ)償措施改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗，無(wú)源裝置使用機(jī)械開(kāi)關(guān)，它不具備快速性、連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單,容量大小組合靈活，安裝和維護(hù)方便,本身?yè)p耗低，單位投資省等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在電力網(wǎng)(特別是農(nóng)電網(wǎng))的無(wú)功補(bǔ)償中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。武功優(yōu)化能使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性很好的結(jié)合在一起。(2) 不等式的約束條件： (34)式中：為配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓；為各補(bǔ)償點(diǎn)可投切電容器組數(shù)；為有載調(diào)壓變壓器檔位。 這種方法的基本程序是：從任選處開(kāi)始，確定，然后引用等面積法確定，依次重復(fù)列推，直至求得，…。第一步：選擇；第二步：按照確定最佳補(bǔ)償位置定理確定，使選用在這個(gè)意義上是最佳的，有： (38)則： (39)第三步：按著最佳補(bǔ)償容量定理來(lái)確定，使前邊選擇的和所得的是最佳的，即在線段上滿足等面積法則。其過(guò)程如下：(1) 確定點(diǎn)；(2) 畫(huà)曲線Ⅲ與F(x)平行，便確定了；(3) 存在三種可能性：其一：如果，等面積法則的到了滿足，則所確定的位置， ，和容量，是最佳的； 其二：如果，回到第一步，選擇新的權(quán)值，并較前一次八稍微靠近變電站，重復(fù)其余各步；其三：如果，回到第一步，選擇新的值，并較前一次稍微遠(yuǎn)離變電站，重復(fù)其余各步。導(dǎo)線電阻的計(jì)算(1) 直流導(dǎo)線電阻： (314)電阻率： (315)上式中：—線路長(zhǎng)度，； —導(dǎo)線截面，； —絞入系數(shù)，單股導(dǎo)線為1，； —導(dǎo)線溫度為20℃時(shí)的電阻率， ； —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的電阻率，； —電阻溫度系數(shù)，； —導(dǎo)線實(shí)際工作溫度，℃；(2) 交流導(dǎo)線電阻： (316) (317) (318)導(dǎo)線的可用上式計(jì)算(當(dāng)頻率為50、芯線截面不超過(guò)240時(shí)，均為1)；式中： —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的直流電阻，； —臨近效應(yīng)系數(shù)； —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的電阻率，； —線芯半徑，cm； —電流透入深度，cm； —相對(duì)磁導(dǎo)率，對(duì)于有色金屬導(dǎo)線為1； —頻率。因此，我使用等面積法則來(lái)優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘亢脱a(bǔ)償位置。無(wú)功電流分布的換算對(duì)于三相不均勻分布的無(wú)功負(fù)荷，我們對(duì)換算后電流密度和折算后的等效線路上的無(wú)功電流是用下述方法定義的： (326) , (327)式中： —變電所輸出的峰值無(wú)功電流； —折算等效均勻線路自首端起算的距離；—點(diǎn)無(wú)功電流。通過(guò)以上論述不難看出，等面積法通過(guò)配電線路的折算，將配電線路折算為等效均勻長(zhǎng)度，將線路中的負(fù)荷視為集中在線路末端，通過(guò)最佳補(bǔ)償位置定理和最佳補(bǔ)償容量的反函數(shù)來(lái)求出最優(yōu)解。主控單元以TMS320LF2407A DSP芯片為核心，完成采樣、計(jì)算、觸發(fā)、檢測(cè)、濾波、顯示、補(bǔ)償?shù)裙δ堋！馛PU及總線結(jié)構(gòu) TMS320LF2407A的CPU是基于TMS320C2XX的16位定點(diǎn)低功耗內(nèi)核。兩個(gè)狀態(tài)寄存器ST0 和ST1用于實(shí)現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存。 其片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：544字16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序DARAM、2K字16位的單端口數(shù)據(jù)/程序SARAM、片內(nèi)32K16位的Flash程序存儲(chǔ)器、256字16位片上Boot ROM、片上Flash/ROM具有可編程加密特性。TMS320LF2407