【正文】 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)。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。(1)本文提出的負(fù)序和無功的綜合補(bǔ)償方法,比單獨(dú)無功功率補(bǔ)償方法效果更好。電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)的自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。電能在電網(wǎng)中的傳輸可以理解為功率潮流的流動(dòng)。所謂電力系統(tǒng)的無功功率平衡就是指電網(wǎng)運(yùn)行的每一時(shí)刻，所有無功電源發(fā)出的無功功率要與所有負(fù)荷消耗的無功功率和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)上的無功功率損耗相等。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對電力的需求日益增長，同時(shí)對供電可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的大部分負(fù)荷都是阻感負(fù)載，如：交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線、電抗器、非線性負(fù)載等等。對于用電單位，無功造成較低的功率因數(shù)會提高用電成本，引起終端電壓的波動(dòng)，降低了用電的穩(wěn)定性和可靠性。如果系統(tǒng)不能向負(fù)荷提供足夠的無功功率，負(fù)荷的端電壓就會下降。由于原動(dòng)機(jī)的效率是按有功功率來衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，一旦發(fā)電機(jī)偏離額定工作狀態(tài)，無論是提高功率因數(shù)多發(fā)出有功、還是降低功率因數(shù)多發(fā)出無功，均會導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的降低，不能使發(fā)電機(jī)得到充分的利用。電容從電網(wǎng)吸收的無功功率是超前電流引起的，電感電路從電網(wǎng)吸收的無功功率是滯后電流引起的。如果感性負(fù)荷所需的無功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑挘瑒荼赜砂l(fā)電機(jī)來供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。假設(shè)電氣負(fù)荷是電阻和電感組成的并聯(lián)或串聯(lián)電路，對、電路進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，就需要對電路并接入容抗為的無功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐啡鐖D21所示。當(dāng)并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置沒有投入時(shí)，支路的電流有效值為： (27)支路的電抗為： (28)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (29)當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，支路的電流保持不變，并聯(lián)補(bǔ)償裝置支路的電流有效值為： (210)補(bǔ)償裝置支路的電抗為： (211)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (212)由式(212)可知，投入并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng)時(shí)，電源的功率因數(shù)為1。靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器是20世紀(jì)70年代以來出現(xiàn)的先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍寬，完全可以達(dá)到動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰?，但所需投資較大。只要改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，就可以平滑地改變它的無功功率地大小及方向，因而可以平滑地改變所在地區(qū)的電壓。另一方面其體積大、噪音高、維護(hù)不方便、造價(jià)高等原因，目前在中、低壓輸電區(qū)域，大部分己被并聯(lián)電容器組所取代。20世紀(jì)70年代以來，同步調(diào)相機(jī)開始逐漸被靜止型無功補(bǔ)償裝置(Static Var Compensator—SVC)所取代，目前有些國家己很少使用同步調(diào)相機(jī)。1978年此類裝置投入實(shí)際運(yùn)行。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電路的無功補(bǔ)償，有人稱為靜止無功發(fā)生器(Static Var GeneratorSVG)，也有人稱其為高級靜止無功補(bǔ)償器(Advanced Static Var CompensatorASVC)或靜止調(diào)相器(Static Condenser—STATCON)。SVC補(bǔ)償裝置可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無功元件，它依靠電力電子器件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)。表21 各種補(bǔ)償裝置的比較補(bǔ)償裝置應(yīng)用場所主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)并聯(lián)電容器變電所及用戶安裝地點(diǎn)靈活，可分散也可集中安裝；容量可任意選擇；結(jié)構(gòu)簡單,投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制；功耗小調(diào)節(jié)容量階梯形變化，不連續(xù)；補(bǔ)償容量隨電壓變化而變化；對諧波有放大作用；投切時(shí)有沖擊電流；補(bǔ)償母線附近發(fā)生短路電流是助長沖擊電流并聯(lián)電抗器高、中壓變電所及線路中點(diǎn)吸收線路容性無功，結(jié)構(gòu)簡單，投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)容量固定，分組投切時(shí)，調(diào)節(jié)容量階梯性變化，不平滑靜止補(bǔ)償器高、中壓變電所能升高或降低電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，性能好，響應(yīng)速度快，僅有510ms產(chǎn)生諧波，投資大調(diào)相機(jī)大型變電所及大用戶可連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電壓，諧波少投資大，旋轉(zhuǎn)裝置維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度較慢第3章 無功補(bǔ)償容量和位置優(yōu)化的計(jì)算在電力市場條件下，供電電壓質(zhì)量是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而供電質(zhì)量的好壞主要取決于電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理。在傳統(tǒng)運(yùn)行條件下，電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型要反映網(wǎng)無功優(yōu)化的目標(biāo)和要求，既要考慮有功網(wǎng)絡(luò)損耗最小，又必須考慮到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量，同時(shí)還要兼顧無功補(bǔ)償設(shè)備的投切組數(shù)的合理。由此可見，電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題是一個(gè)多目標(biāo)、多變量、多約束的混合非線性規(guī)劃問題，其優(yōu)化變量既有連續(xù)變量（如節(jié)點(diǎn)電壓）又有離散變量（如變壓器調(diào)壓檔位、無功補(bǔ)償裝置組數(shù)等），使得整個(gè)優(yōu)化過程十分復(fù)雜，特別是優(yōu)化過程中離散變量的處理更增加了優(yōu)化問題的難度。當(dāng)?shù)谝淮沃貜?fù)步驟求出，則可檢驗(yàn)出其在線段上是否滿足等面積法則。其過程是：(1) 按下式確定點(diǎn) (310)(2) 過點(diǎn)畫點(diǎn)線I與原始負(fù)荷曲線F(x)平行；(3) 找點(diǎn)，使。對上述實(shí)際配電線路所進(jìn)行的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的需要，折算到標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算。導(dǎo)線電抗的計(jì)算配電工程中，架空線的各相導(dǎo)線一般不換位，為簡化計(jì)算，假設(shè)各相電抗相等。配電線路長度的折算在實(shí)際的配電網(wǎng)中，不論無功負(fù)荷的分布還是配電線路本身都是不均勻的，本文作者使用現(xiàn)實(shí)存在的模型進(jìn)行簡化。最佳補(bǔ)償位置公式為： (328)由于最佳補(bǔ)償位置是由計(jì)算開始前，假設(shè)形成的，因此使用： (329)來確定最佳補(bǔ)償電流。此方法有計(jì)算簡單，不受線路電阻和負(fù)荷分布不均勻影響，方便編程等優(yōu)點(diǎn)。TMS320LF2407A是美國TI公司推出的新型高性能16位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，集DSP的高速信號處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。體系結(jié)構(gòu)采用四級流水線技術(shù)加快程序的執(zhí)行，可在一個(gè)處理周期內(nèi)完成乘法、加法和移位運(yùn)算。 TMS320LF2407A采用增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部具有六條16位總線，即程序地址總線（PAB）、數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）、數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAB）、程序讀總線（PRDB）、數(shù)據(jù)讀總線（DRDB）、數(shù)據(jù)寫總線（DWEB），其程序存儲器總線和數(shù)據(jù)存儲器總線相互獨(dú)立，支持并行的程序和操作數(shù)尋址，因此CPU的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行。 TMS320LF2407A的指令集有三種基本的存儲器尋址方式：立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式。通用定時(shí)器有四種可選擇的操作模式：停止/保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增/減計(jì)數(shù)模式和連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。捕獲單元用于捕獲輸入引腳上信號的跳變，兩個(gè)事件管理器模塊總共有六個(gè)捕獲單元。 ●片內(nèi)集成外設(shè) TMS320LF2407A片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的元器件數(shù)量。② A/D轉(zhuǎn)換模塊。均為8位增量計(jì)數(shù)器，前者用于監(jiān)控系統(tǒng)軟件和硬件工作，在CPU出錯(cuò)時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號；后者用于產(chǎn)生周期性的中斷請求。由于TMS320LF2407A結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作速度快、外部引腳多、封裝面積小、引腳排列密集等原因，傳統(tǒng)的并行仿真方式已不適合于TMS320LF2407A的開發(fā)應(yīng)用。 圖41 TMS320LF2407A芯片管腳圖42 TMS320LF2407A最小系統(tǒng)圖其基本構(gòu)成如圖43所示。數(shù)據(jù)采集電路負(fù)責(zé)采集控制器模塊所需的電壓、電流瞬時(shí)值，經(jīng)過初步調(diào)節(jié)后作為輸入量送給控制器。 基于微控制器設(shè)計(jì)的SVC裝置的控制器運(yùn)算速度較慢，很難滿足復(fù)雜控制算法的要求及具有快速的響應(yīng)速度，而采用先進(jìn)的、功能強(qiáng)大的數(shù)字信號處理器DSP設(shè)計(jì)的數(shù)字化控制器則可以解決這一難題。主流產(chǎn)品包括TMS320C2000系列(包TMS320C2x/C2xx)、TMS320C5000系列(包括TMS320CSx/C54x/CSSx),TMS320C6000系列(包括TMS320C62x/C67x,)其中，C2000系列既具有DSP芯片的高速運(yùn)算和信號處理能力，又和微控制器一樣在片內(nèi)集成了豐富的外設(shè)，所以特別適合數(shù)字控制系統(tǒng)。也正是基于對這些模塊深入學(xué)習(xí)和研究，完成了對TMS320LF2407A控制電路板設(shè)計(jì)。本課題所要采集的電壓和電流信號分別在120V和1A左右，而事實(shí)上，所以，我們必須在采集點(diǎn)和TMS320LF2407A之間，設(shè)計(jì)一個(gè)信號調(diào)理電路，另一方面能夠?qū)⑤斎霃?qiáng)信號和控制電路中的弱信號隔離開，提高DSP控制電路板的抗干擾能力。圖44給出了ADC采集電路圖。圖45 電源接口電路4. 3. 1電流電壓檢測電路本課題所要采集的電壓和電流信號分別在120V和1A左右，而事實(shí)上，所以，我們必須在采集點(diǎn)和TMS320LF2407A之間，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集電路，一方面可以將電壓和電流信號都轉(zhuǎn)換成DSP可以接受的電壓信號()，另一方面能夠?qū)⑤斎霃?qiáng)信號和控制電路中的弱信號隔離開，提高DSP控制電路板的抗干擾能力。來自檢測通道的電流信號經(jīng)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號后進(jìn)入in節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)理電路后的電壓V、電流I便可以直接接到A/D的模擬輸入通道。因?yàn)楦鶕?jù)電容器兩端電壓不能突變的特性，當(dāng)在電源電壓與電容器殘壓相差較大時(shí)，觸發(fā)晶閘管產(chǎn)生的沖擊電流很可能破壞晶閘管或給電源帶來高頻振蕩等不利影響。由于本課題的工作電壓等級比較低，所以并沒有設(shè)計(jì)RC緩沖電路，由于過零檢測的效果很好，在主電路中甚至沒有用到限流電抗器，而實(shí)驗(yàn)波形也證明了沒有必要使用限流電抗器。鑒于此，本課題使用了一個(gè)針對本課題的簡單方法。A相電網(wǎng)電壓在每一次由負(fù)變正過零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)正的脈沖，由正變負(fù)過零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的脈沖，這樣，每個(gè)工頻周期過零檢測電路產(chǎn)生一個(gè)方波。第二部分由電壓比較器LM311組成，實(shí)現(xiàn)過零比較，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)滯環(huán)來抑制干擾和信號的震蕩，具體見圖48。目前繼電器用的電壓一般都是+24V電源，而DSP用的是++，所以用光耦隔離芯片作為接口電路，從而既達(dá)到了電平轉(zhuǎn)換的效果，又達(dá)到了電氣隔離的效果。圖411是繼電器狀態(tài)輸出電路。圖411 外部投信號光禍隔離輸出電路第5章電網(wǎng)無功檢測與補(bǔ)償系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5. 1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想軟件系統(tǒng)是以TMS320LF2407A DSP指令系統(tǒng)為核心的匯編語言編制，TMS320LF2407A是TI公司推出的性能較高16位數(shù)字信號處理器，被廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制和其他自控領(lǐng)域。軟件系統(tǒng)的編制多采用模塊化編程思想作為指導(dǎo)，模塊化編程是按照功能把整個(gè)解決方案分割成若干子模塊，每個(gè)子模塊編制成具有某種標(biāo)準(zhǔn)接口的子程序或者函數(shù)，方便隨時(shí)調(diào)用。5. 2主程序流程整個(gè)軟件系統(tǒng)由主程序、ADC中斷服務(wù)子程序等模塊組成。所以數(shù)據(jù)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)的功能在前，數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)的功能在后。圖51 主程序流程圖中斷子程序通過定時(shí)中斷使ADC模塊對電壓、電流信號進(jìn)行周期性的模數(shù)變換，采用瞬時(shí)無功功率理論完成無功電流的計(jì)算，并把無功電流換算為無功功率后保存，以供主程序的讀取。采樣時(shí)使用雙排序器模式，用SEQ1一次做六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換通道分別是05。每次轉(zhuǎn)換后，SEQ CNTRn位會被自動(dòng)減1。然后復(fù)位SEQ1，并對中斷標(biāo)志位INT FLAG SEQl清零，恢復(fù)現(xiàn)場返回主程序。首先通過外部的過零檢測電路，產(chǎn)生一個(gè)方波脈沖。 對于基波來講，每一個(gè)中斷周期正好對應(yīng)他的一個(gè)工頻周期。在以后定時(shí)器3的周期中斷中提取對應(yīng)的正余弦值，提取后指針加1處理，以此類推，直到下次捕獲發(fā)生時(shí)為止，此時(shí)不管指針指在何處，總將指針復(fù)位為0，實(shí)現(xiàn)與A相電壓的同步鎖相。所以該部分的設(shè)計(jì)也是此類控制器的另一個(gè)重點(diǎn)。圖54是控制投切算法流程圖。以三相補(bǔ)償電納作為控制依據(jù),使得控制更加方便,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了負(fù)序和無功功率的綜合補(bǔ)償。本課題從選題到確定方案，從系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)到系統(tǒng)組裝，從論文的撰寫到修改，無不凝結(jié)著他辛勤的汗水。教授致以最誠摯的謝意。在求學(xué)期間，我的家人給予了我極大的鼓勵(lì)和支持，在此表示深深的謝意。float adclo=。 IER = 0x0000。 EALLOW。 // This is needed to disable write to EALLOW protected registers InitAdc()。 // Enable Global interrupt INTM ERTM。 }} interrupt void ad(void){ IFR=0x0000。 a1[0]=((4)*3)/+adclo。 a1[4]=((4)*3)/+adclo。 a1[8]=((4)*3)/+adclo。 a1[12]=((4)*3)/+adclo。 =1。關(guān)總中斷 SETC SXM 。CLRC XF 。CPU進(jìn)入IDLE1模式，PLL系數(shù)為4(40M) 。所有的XMIF信號處于正常驅(qū)動(dòng)模式 SPLK 0E8H,WDCR