【正文】 了供電質(zhì)量,提高了供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益,運(yùn)行效果良好。圖54 控制投切算法流程圖本章軟件系統(tǒng)的編制采用模塊化編程思想作為指導(dǎo)，按照功能把整個(gè)解決方案分割成幾個(gè)子模塊，模塊的具體程序見(jiàn)附錄。功率因數(shù)、無(wú)功功率、電壓是進(jìn)行投切方案選擇的主要判據(jù)，本文的負(fù)載采用三相對(duì)稱的阻感負(fù)載，只采用了電壓加無(wú)功功率作為判據(jù)的投切策略。程序流程如圖53。將他的一個(gè)工頻周期的電角度分成100份，那么每份為3. 6度電角度，計(jì)算出相應(yīng)的正余弦值，分別以正弦表和余弦表的表格形式順序的存在DSP的儲(chǔ)存器中。在DSP程序中利用捕獲來(lái)獲取這個(gè)過(guò)零點(diǎn)，以方波脈沖的上升沿作為觸發(fā)事件。當(dāng)一次轉(zhuǎn)換完成，即停止A/D轉(zhuǎn)換，下次轉(zhuǎn)換由定時(shí)器3再次啟動(dòng)。一旦SEQ CNTRn的值為0，由于CONT RUN為零(在A/D初始化程序中已設(shè)置)，則排序器指針停留在最后的狀態(tài)CONV05,SEQ CNTRn繼續(xù)保持0值。轉(zhuǎn)換完成后，進(jìn)行無(wú)功電流、電壓有效值的計(jì)算。由于本課題采用的是瞬時(shí)無(wú)功功率理論，所以需采集的信號(hào)有三相電流，A相電壓。數(shù)據(jù)調(diào)理電路的功能是用硬件實(shí)現(xiàn)的；控制投切算法是整個(gè)系統(tǒng)軟件的核心，也是整個(gè)課題構(gòu)思的靈魂。在整個(gè)軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集軟件并不與數(shù)據(jù)調(diào)理電路硬件相對(duì)應(yīng)。模塊化編程有利于軟件系統(tǒng)的清晰和程序模塊的重復(fù)利用。其片上資源相當(dāng)豐富，具體請(qǐng)參考相關(guān)資料。當(dāng)控制器發(fā)出低電平輸出信號(hào)時(shí)，光禍導(dǎo)通，三極管T5導(dǎo)通，繼電器J5得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。由于這些狀態(tài)信號(hào)的頻率較低，故選用光禍TLP521即可。圖48觸發(fā)同步信號(hào)電路該負(fù)載電路由電阻和電感組成，主要用于產(chǎn)生3組無(wú)功功率，通過(guò)調(diào)節(jié)電感L可以改變無(wú)功功率的大小。這個(gè)方波的上升沿將作為DSP的捕獲信號(hào)，使之在DSP中實(shí)現(xiàn)A相電壓的零點(diǎn)定位。具體過(guò)程是:由DSP的工/0口給出高電平信號(hào)，結(jié)合光禍給出的高電平信號(hào)，啟動(dòng)下級(jí)電路調(diào)制出大功率的高電平觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)晶閘管。圖38就是過(guò)零檢測(cè)的電路圖。通常我們會(huì)借助很多方法來(lái)確保這一時(shí)刻的獲得，本文對(duì)這部分采用了簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì):用光電禍合器進(jìn)行零電壓檢測(cè)，即兩端電壓過(guò)零時(shí)光禍輸出高電平信號(hào)，與其他信號(hào)綜合后送到驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)，當(dāng)電壓差比較大時(shí)，光禍輸出低電平信號(hào)禁止觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生。為了保證ADC的正常工作，此時(shí)，ADC的模擬輸入?yún)⒖茧妷焊唠娖蕉薞REFH，；低電平端VREEL，和ADC供電電壓端USSA共模擬地。圖46電壓電流檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)中對(duì)電流的控制主要涉及無(wú)功電流，而對(duì)無(wú)功電流的獲取采用瞬時(shí)無(wú)功理論檢測(cè)方法。圖46為電壓電流檢測(cè)的電路圖。圖44 ADC接口電路 圖45給出了電源接口電路圖。信號(hào)調(diào)理電路主要由(電壓、電流)互感器和運(yùn)算放大器組成。檢測(cè)采樣電路檢測(cè)控制所需的系統(tǒng)變量和補(bǔ)償變量，如電壓、電流的采樣。TMS320LF/LC24系列DSP是C2000系列中應(yīng)用最為廣泛的DSP芯片。目前國(guó)外已有多種靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置采用DSP芯片作為系統(tǒng)的控制核心。晶閘管觸發(fā)脈沖調(diào)制電路主要解決脈沖的產(chǎn)生和觸發(fā)時(shí)刻的選取(即晶閘管過(guò)零投切)的問(wèn)題，保證晶閘管平穩(wěn)導(dǎo)通。按功能可分為:DSP控制器模塊、控制器外圍電路模塊(數(shù)據(jù)采集與脈沖調(diào)制)以及主電路(電容器組)模塊。TMS320LF2407A （邊界掃描邏輯）串行仿真接口，能夠極其方便地提供硬件系統(tǒng)的在線仿真和測(cè)試。④ 數(shù)字I/O。包括兩個(gè)帶采樣/保持的各8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有自動(dòng)排序能力，一次可執(zhí)行最多16個(gè)通道的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可工作在8個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的雙排序器工作方式或一組16個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換通道的單排序器工作方式。 ① 串行通信口。EVA模塊有三個(gè)捕獲單元引腳CAPCAP2和CAP3，它們可以選擇通用定時(shí)器1或2作為時(shí)基，但CAP1和CAP2一定要選擇相同的定時(shí)器作為時(shí)基；EVB模塊也有三個(gè)捕獲單元引腳CAP CAP5和CAP6，它們可以選擇通用定時(shí)器3或4作為時(shí)基，但CAP4和CAP5一定要選擇相同的定時(shí)器作為時(shí)基。② 全比較單元。 ●事件管理器模塊 TMS320LF2407A包含兩個(gè)專用于電機(jī)控制的事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)事件管理器模塊包括通用定時(shí)器（GP）、全比較單元、正交編碼脈沖電路以及捕獲單元。 ●存儲(chǔ)器配置 TMS320LF2407A地址映象被組織為三個(gè)可獨(dú)立選擇的空間：程序存儲(chǔ)器（64K）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（64K）、輸入/輸出（I/O）空間（64K）。其中央算術(shù)邏輯單元（CALU）是一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)單元，它包括一個(gè)32位算術(shù)邏輯單元（ALU）、一個(gè)32位累加器、一個(gè)1616位乘法器（MUL）和一個(gè)16位桶形移位器，同時(shí)乘法器和累加器內(nèi)部各包含一個(gè)輸出移位器。 ●系統(tǒng)組成 TMS320LF2407A系統(tǒng)組成包括：40MHz、　CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、事件管理器模塊、片內(nèi)集成外圍設(shè)備。但對(duì)于線路分支的處理，存在著方法上的缺陷。最佳補(bǔ)償容量定理為： (330)但在使用中，卻使用此公式來(lái)求補(bǔ)償平衡點(diǎn)： (331) 再根據(jù)求出的補(bǔ)償平衡點(diǎn)，求出第點(diǎn)的最佳補(bǔ)償位置。為了簡(jiǎn)化推導(dǎo)，把實(shí)際配電線路長(zhǎng)度折合為均勻的等效線路，其等效方法如下： (1) 設(shè)實(shí)際配電線路為段，選擇第段電阻，作為等效線路每公里的電阻，將第段的實(shí)際長(zhǎng)度做如下變換： (322)式中：—第段等效均勻線路長(zhǎng)度。另外，線路容抗?？珊雎圆挥?，因此，導(dǎo)線電抗實(shí)際上是感抗值。根據(jù)計(jì)算需要，=100MVA，=。第四步：向第二步那樣，確定，使其滿足： (311)第五步：如同第三步，按下述方法確定：(1)按下述方法確定點(diǎn) (312)(2)過(guò)點(diǎn)畫(huà)點(diǎn)線Ⅱ平行于F(x)；(3)找點(diǎn)，使。如果滿足，則得到的解便為最佳值，如果不滿足，則應(yīng)調(diào)整，并再次重復(fù)整套過(guò)程。如果裝設(shè)電容器的費(fèi)用略而不計(jì)，即令； 如果裝設(shè)電容器的費(fèi)用略而不計(jì)，為使總節(jié)約值最大，裝設(shè)己知位置的最佳電容電流將由下式給出： (35)其中： (36)即為折合后等效均勻配電線路中線段中無(wú)功電流的平均值。因此其目標(biāo)函數(shù)一般確定為[2]： (31)式中：為配電網(wǎng)全部節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；為配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；為配電網(wǎng)線路上的總的有功功率損耗；、分別為節(jié)點(diǎn)、之間的電導(dǎo)、電納、相位角；、分別為第、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行電壓；為投入的電容器組數(shù)；為全部負(fù)荷點(diǎn)電壓越限罰函數(shù)的懲罰因子；為線路誘供損耗的加權(quán)系數(shù)；為電容器投入罰系數(shù)。對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功電源的合理配置和對(duì)無(wú)功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，是維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段，同時(shí)還可以降低有功和無(wú)功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。裝置作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)連續(xù)體調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率交換，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度，它能夠維持端電壓恒定。最近，日本和美國(guó)己分別有數(shù)臺(tái)裝置投入實(shí)際運(yùn)行[4]。隨后，世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產(chǎn)品。早期的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器(Saturated Reactor—SR)型的，1967年英國(guó)GEC公司制成了世界上第一批該型無(wú)功補(bǔ)償裝置 [16][17] 。設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無(wú)功功率的傳統(tǒng)方法，目前在國(guó)內(nèi)外均獲廣泛應(yīng)用。自20世紀(jì)30年代以來(lái)的幾十年中，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中作為有源的無(wú)功補(bǔ)償曾一度發(fā)揮著主要作用，所以被稱為傳統(tǒng)的無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。顯然，當(dāng)時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng)時(shí)，過(guò)補(bǔ)償。圖21 并聯(lián)補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐穲D在圖21所示的電路中，電流方程為： (26)由可知，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置不投入時(shí)，即不對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源即要向負(fù)荷提供有功電流，還要提供無(wú)功電流，電源向負(fù)荷提供的總電流人，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，即對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，那么電源在向負(fù)荷提供有功電流的同時(shí)，提供無(wú)功電流為，電源向負(fù)荷提供的總電流，特別是當(dāng)時(shí)，電源不需要向負(fù)荷提供無(wú)功電流，功率因數(shù)等于1。大量的無(wú)功電流在負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的消耗，降低電源的功率因數(shù)。由于超前電流與滯后電流的互補(bǔ)作用，也就是電容性負(fù)荷的無(wú)功功率補(bǔ)償了電感性負(fù)荷的無(wú)功功率。配電網(wǎng)絡(luò)中感性負(fù)荷較多?？焖僮兓臒o(wú)功負(fù)荷還會(huì)造成電壓的劇烈波動(dòng)，使得系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定遭到破壞。降低設(shè)備的有效容量由于電氣設(shè)備的視在功率是一定的，無(wú)功功率的輸送占用了設(shè)備、線路的有效容量，從而降低了設(shè)備的使用效率。在這些阻感性負(fù)載工作時(shí)就會(huì)和電網(wǎng)交換大量的無(wú)功功率。由于負(fù)荷的不斷增長(zhǎng)、電源的大幅增加和電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，可能造成系統(tǒng)的無(wú)功潮流分布不盡合理及局部地區(qū)的無(wú)功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。系統(tǒng)中的無(wú)功電源包括同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等；系統(tǒng)中的無(wú)功損耗主要是指線路、變壓器、電氣設(shè)備中的無(wú)功損耗。功率潮流可分為有功潮流和無(wú)功潮流兩種。合理的無(wú)功補(bǔ)償點(diǎn)的確定以及補(bǔ)償容量的確定，能夠有效的維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無(wú)功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低了電網(wǎng)的有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。 (2)現(xiàn)在大多數(shù)控制器是把需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率作為控制信號(hào),本文通過(guò)計(jì)算直接得到需要補(bǔ)償?shù)睦硐胙a(bǔ)償導(dǎo)納,并以此為基準(zhǔn)對(duì)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制,更加方便快捷。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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)。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)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。 Reactive power pensation。 關(guān)鍵詞:晶閘管投切電容器。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。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。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。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。 DSP。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。以前供電部門無(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。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。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。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。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。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。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。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。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。(2) 要修訂家用電器的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。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。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。而