【正文】 投切電容器配合使用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器 (TCR+MSC)。 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。 當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置分類(lèi) 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(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān) SCR 、 GTR、 GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開(kāi)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(wú)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]。 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著研究的進(jìn)一步加深出現(xiàn)了一種靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) (Static Var Compensation)。圖 12 中， M 代表需要滯后無(wú)功功率的用電設(shè)備， 和 C 是用于向 M 提供無(wú)功的無(wú)功補(bǔ)償裝置。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(jiàn)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(guò)補(bǔ)償 ) 圖 11 并聯(lián)電容補(bǔ)償無(wú)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?？梢?jiàn)減少 線(xiàn)路無(wú)功 4 功率的傳輸可以減少線(xiàn)路的無(wú)功功率損耗。因此迫切需要對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。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。 在 系統(tǒng)硬件上 為了滿(mǎn)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 。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。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。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線(xiàn)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。因此電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的變化會(huì)引起無(wú)功功率潮流的變化。運(yùn)行時(shí)需從電網(wǎng)吸收大量無(wú)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。 容性無(wú)功在線(xiàn)路上傳輸也會(huì)增加電能損耗。 M 圖 12 最簡(jiǎn)單 的無(wú)功補(bǔ)償 但在實(shí)際用電系統(tǒng)中，無(wú)功往往變化很大，圖 12 所示的補(bǔ)償裝置顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求。斷路器 開(kāi)關(guān)由于受器件固有特性的限制，在控制器檢測(cè)到無(wú)功的變化需要投入或切除補(bǔ)償電容器組時(shí)，開(kāi)關(guān)速度較慢，約為 1030ms，不能快速跟蹤負(fù)載無(wú)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(guò)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?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^(guò)改變控制繞組中的工作電流來(lái)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(wú)功電流的大小。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線(xiàn)路連接，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與可控硅閥連接。其單相原理圖如圖 15所示。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。 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。以斷路器作開(kāi)關(guān)元件的無(wú)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(kāi)。故本系統(tǒng)采用DSP TMS320LF2407 作為總控制器，指令速度很決，達(dá) 30MIPS,更加適合于處理多數(shù)據(jù)、運(yùn)算量大的系 統(tǒng) [16]。 (8) 數(shù)據(jù)傳輸 :用中間體 (如抄表器 )抄錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，用 RS232 接口 X485 接口。根據(jù)需要可顯示功率因數(shù)、系統(tǒng)電壓、負(fù)載電流、無(wú)功功率等值。 TMS320 LF2407DSP 結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 1. 采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)，使得供電電壓降為 ，減小了控制器的功耗；30MIPS 的執(zhí)行速度使得指令周 期縮短到 33ns(30MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。 8. 串行通信接口 (SCI)。乘法的速度越快， DSP 處理器的性能就越高。 14 模擬信號(hào)輸入處理單元 此模塊包括電壓電流信號(hào)形成回路、低通濾波回路 (ALF) 、基準(zhǔn)電壓 (VBASE)形成回路、同步方波形成回路。 1aI 2aI 1bI 2bI 1cI 2cIT 1T 2T 3R 1 1 8R 1 1 7R 1 1 65 05 05 0V r e f [ + 1 . 6 5 v ] 圖 22 電流信號(hào)形成回路 電壓互感器的變比為 1:1, 原邊電阻相對(duì)于 110K 可以忽略，因此r e fr e fr e fout VVVRRVV ??????? 000 0/1002202091221。輸出6316263 )1( RIRRV ADre f ???。轉(zhuǎn)換后的數(shù)值結(jié)果保存在該通道相應(yīng)的結(jié)果寄存器中，這樣用戶(hù)可以對(duì)同一個(gè)通道進(jìn)行多次采樣，即對(duì)某一通道實(shí)行“過(guò)采樣”，這樣得到的采樣結(jié)果比傳統(tǒng)的采樣結(jié)果分辨率高。 IO 口 PA4～ 7 作為控制器狀態(tài)顯示，分別代表通訊自動(dòng)、諧波超值保護(hù)、故障、通訊狀態(tài)。 PLL采用外部濾波環(huán)電路來(lái)消除抖動(dòng)。 PCF8583 具有寬的工作電壓范圍 ()； RAM 的數(shù)據(jù)保持電源電壓范圍 1V6V；最大工作電流 150181。只在電流過(guò)零時(shí)刻切除，防止產(chǎn)生過(guò)電壓。由于光耦雙向晶閘管的內(nèi)部帶有過(guò)零檢測(cè)電路，因此由它組成的 SCR 觸發(fā)電路能夠在不附加同步電路的情況下實(shí)現(xiàn)上述補(bǔ)償電容器的無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切。液晶顯示器是通過(guò) DSP 的 I/O 口模擬 M6800 操作時(shí)序進(jìn)行控制。程序遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，提高了系統(tǒng)的通用性和維護(hù)的簡(jiǎn)易程度。 3. 掃描鍵盤(pán)命令：主要是查詢(xún) I/O 口查看命令輸入，修改系統(tǒng)的參數(shù)。此子程序主要完成鍵盤(pán)的掃描和執(zhí)行相應(yīng)于不同按鍵的命令。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差值可放寬到土 。 控制字如下圖所示。每個(gè)字節(jié)發(fā)送完，從機(jī)要回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào) A。 3. 完成了用 DSP 控制的智能無(wú)功補(bǔ)償裝置的軟硬件設(shè)計(jì)。由于要寫(xiě)入字節(jié)地址，故要先送一個(gè)字節(jié)地址寫(xiě)操作，然后重復(fù)起始狀態(tài)，讀入個(gè)數(shù) 據(jù)字節(jié)，其數(shù)據(jù)操作格式如下： S SLAW A WORDARD A S SLAR A DATA NA P 隨機(jī)讀字節(jié)操作以啟動(dòng)位開(kāi)始，主機(jī)發(fā)送控制字選擇寫(xiě)操作 (SLAW)，然后主機(jī)發(fā)送要讀數(shù)據(jù)的地址單元 (WORDADR) ,隨后再啟動(dòng)一個(gè)啟動(dòng)條件和發(fā)送控制字選擇讀操作(SLAR)， LF2407 讀取數(shù)據(jù)后發(fā)送一個(gè)停止條件 ,不回送應(yīng)答信號(hào)。接下來(lái)的 3 位為塊選擇位 (B2, B1, B0)用來(lái)選擇哪一塊 256 字節(jié)，由于日歷時(shí)鐘只有 256 字節(jié)，所以選B2=B1=B0=0。即電力系統(tǒng)中電壓電流信號(hào)的頻率變化在 50 士 Hz 的范圍內(nèi)。左、右鍵相當(dāng)于 +和 ，即在設(shè)定參數(shù)時(shí)，相對(duì)于系統(tǒng)設(shè)定值的偏差，按左鍵即加個(gè)單位，按右鍵則減一個(gè)單位。 5. 控制投切電容程序：根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)，運(yùn)用控制策略控制電容投切，達(dá)到補(bǔ)償無(wú)功功率的目的。 主程序 主程序的流程圖如圖 215 所示。接口電路由圖 214 所示。 晶閘管電流值一般按式 (22)選擇： ??? CUI SCR ? (22) 式中 C 為電容量 (μ F)。晶閘管的觸發(fā)脈沖由專(zhuān)門(mén)的觸發(fā)電路提供，嚴(yán)格保證相序正確。 由于 TMS320LF2407 沒(méi)有專(zhuān)用的 CI2 時(shí)序引腳，所以本設(shè)計(jì)用軟件來(lái)模擬 CI2 總線(xiàn)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了 CI2 串行日歷時(shí)鐘芯片 PCF8583 與 DSP 芯片的接口電路及應(yīng)用。 4. 電源管理電路 19 1+ 5 VC 10 . 1 u F234U 2G N DE NI NI NR E S E TS E N S EO U TO U T76T O P W E R O N R E S E TR 3 02 5 0 KC 21 0 uL 1I N D U C T O RC 30 , 0 1 u FL 2I N D U C T O RV 3 3C 70 . 0 1 u FV 3 358 圖 29 電源管理電路 電源監(jiān)控芯片選擇了 TI 公司的 TPS7333Q，此芯片可將 5V電壓轉(zhuǎn)換成 DSP 需要的，并有電平監(jiān)控的功能，當(dāng) OUT 腳輸出電平小于 時(shí)， RESET 就輸出 200ms的低電平以重啟 DSP[19]。將 2407的 MCMP\ 引角接地，即 2407 工作在微控制器方式下，即從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 (FLASH EEPROM)的 0000h 開(kāi)始程序執(zhí)行，外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器地址分配到 8000h 開(kāi)始的地址空間。 1. TMS320LF2407 電路 LF2407DSP 是哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別尋址，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)尋址。 5 VC 3 10 . 1 u F2U 3 0L M 1 1 7V i n + V o u tAD11C 3 21 0 u F R 6 31 0 0D 1 4V r e f 1 . 6 5 VC 3 31 u F3R 6 23 3 7 圖 25 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生回路 5. 同步方波產(chǎn)生回路 5 1 KV r e f aR 3 41 21 3U 1 2 DL M 3 2 4R 3 34 0 0 KV C C 1 2 VC 6 80 . 1 u FV C C + 1 2 VC 6 80 . 1 u FV A 3 . 3D 1 6U pD 1 51 4+ 圖 26 同步方波產(chǎn)生回路 aV 為模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波之后的信號(hào)，運(yùn)放起了電壓比較的作用， VAPULSE 為 0～，送入 DSP 的捕捉引角，通過(guò) DSP 的定時(shí)器測(cè)出兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間，即通過(guò)測(cè)出正弦信號(hào)過(guò)零點(diǎn)之間的時(shí)間 ,而得出電網(wǎng)信號(hào)的周期。 3+aV4 03 KC 4 00 . 1 u FV r e f 1 . 6 5 VR 4 23 . 5 KC 4 10 . 1 u F24V C C + 1 2 VV C C 1 2 VC 4 2R 4 33 5 KL M 3 2 41V A 3 . 3D 1D 2U A I NC 4 30 . 1 u FU 1 2 A0 . 1 u F 圖 24 ALF 低通濾波電路 令 R40=R41=R,C40=C41， R42=R,R43=R2,則： 22231)( SCRR C SASA upu ??? ， 其中121 RRAup ?? ,將數(shù)據(jù)帶入上式，可以算出截止頻率為HzRSf p 1 5 9 12 3 ?? ? 。 根據(jù)采樣定理，采用 FFT 測(cè)量諧波，若要求準(zhǔn)確測(cè)量 2n ( n=1,2 ,3? )次諧波，則每周波采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)最少為 2 1?n 個(gè)點(diǎn)。 3. DSP 指令： DSP 芯片采用特殊的指令。 9. 16 位的串行外設(shè)接口模塊 (SPI)。 3. 兩個(gè)事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個(gè)包括：兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器； 8 個(gè) 16位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。能延時(shí)可調(diào)、過(guò)壓自動(dòng)切除，能有效地提高功率因數(shù)改善電壓質(zhì)量、降低電能損耗、消除電壓波動(dòng)、濾除高次諧波，抑制電壓閃變，減少電壓不平衡，可廣泛應(yīng)用低壓配電系統(tǒng)及工礦企業(yè)，是老式補(bǔ)償裝置理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 負(fù)荷信 號(hào) 衰 減低 通 濾 波參 考 電 壓+ 1 . 6 5 V信 號(hào) 采 集 部 分C TP T觸 發(fā) 電 路觸 發(fā) 變 壓器執(zhí) 行 單 元 L F 2 4 0 7R O MR A MD O G鍵盤(pán)液晶顯示指示燈R S2 3 2接口PR OME 2 圖 21 帶電力監(jiān)測(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置 的總電路 圖 該裝置上電后，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，控制器再開(kāi)始工作，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)三相電壓、三相電流采樣，根據(jù)電壓、電流的值計(jì)算系統(tǒng)無(wú)功功率，并與用戶(hù)設(shè)定的投入門(mén)限、切除門(mén)限相比較，再考慮系統(tǒng)電壓幅值情況確定電容器組的投切，投切命令輸入到觸發(fā)電路，由觸發(fā)電路控制晶閘管在電壓正向峰值時(shí)投入電容器，按照“在保證電壓不 越限的前提下，使變壓器從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功最小”的原則對(duì)電容器組進(jìn)行控制，能有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，降低