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低壓無功補償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計研究課題論文(完整版)

2025-08-02 12:43上一頁面

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【正文】 ,這些裝置在我國及其他發(fā)展中國家仍然被廣泛的使用[2]。靜止無功補償器可視為一個具備調(diào)節(jié)功能的并聯(lián)電納。同時,SVC還能應(yīng)用于多個領(lǐng)域,比如:鐵道、冶金等,當(dāng)前,SVC已經(jīng)成為調(diào)整電壓、限制過電壓、優(yōu)化系統(tǒng)運行條件的重要裝置。在電網(wǎng)中,配備多個,以此實現(xiàn)對電壓的有效調(diào)節(jié),滿足相應(yīng)要求。 本課題研究的主要內(nèi)容本文研究關(guān)于設(shè)計一種基于DSP做為主控制器的TCR型低壓無功補償裝置。其中,前者代表電壓超前電流,相位角差值φ為正。依據(jù)補償設(shè)備的安裝位置,可分為三個類型:個別補償、集中補償以及分組補償。集中補償優(yōu)點:線路簡單,控制和操作便捷,維護成本低,經(jīng)濟性相對較高,是當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的方法之一。缺點:若難以對裝配的電容器進行分組,則無法實現(xiàn)對補償容量的有效調(diào)整,而且在運行過程中容易發(fā)生補償或欠補償?shù)那闆r;相比集中補償,此種補償方式的投入成本更大,同時操作也更為困難和復(fù)雜。由此,即可依據(jù)電網(wǎng)無功的實際情況,對此部分電容器執(zhí)行投切操作,從根本上來看,TSC就是一種動態(tài)無功補償器,主要對感性無功功率進行吸收,其電壓—電流特性根據(jù)投入電容器組數(shù)的差異,可以是OA,OB,OC中的任意一個。出于對系統(tǒng)操作便利性和維護成本等因素的考慮,在現(xiàn)實中通常使用二進制方案,即使用k1個電容值都為C的電容以及一個C/2的電容,由此,系統(tǒng)從0到最大補償量調(diào)節(jié)具有2k級。 補償原理 Compensation principle當(dāng)視在功率減少時,電線路截面與變壓器容量也將隨之降低,設(shè)備成本減少。一般來說,補償回路之前的先留電流與流經(jīng)電容的電流之間在數(shù)值上是不想等的,也就是IL≠IC。如何避免這種風(fēng)險,則需要保證電容電流的變化不那么大,而呈現(xiàn)出穩(wěn)定的正弦增加態(tài)勢即可。究其原因,具體來說是因為在一個周期內(nèi),經(jīng)常會出現(xiàn)晶閘管反壓的情況,或者是零壓的情況,電源電壓的幅值要略微高于電容器殘壓一些,從而使得觸發(fā)器脈沖序列發(fā)揮作用,進而形成反壓觸發(fā)。這種方式的優(yōu)勢在于各組電容器可以具有不同的容量,不用再像第一種形式一樣增加控制設(shè)備以及分組的組數(shù)來獲取較小補償極差。下面就三角形接法的分類進行闡述。無功功率的定義如下: Q=U0I0sinφ ()從上式中可以看出,無功功率用Q表示,電流有效值用I0表示,電壓、電流的相位差用φ表示。 Q=U0I0sinφ== ()式中:角速度,T為電網(wǎng)周期,t為時間。利用對電壓以及電流的過零點進行檢測來獲得電壓電流的相位差,如果電壓以及電流在其負方向呈現(xiàn)急速上升變化時,則在t(0)、t(1)產(chǎn)生中斷,并在兩個中斷期間用計數(shù)器計數(shù)得到相位差φ=,得到φ后,sinφ可以通過軟件查表法求出。對于補償后的功率因數(shù),其值一般不取1。式中根據(jù)電工手冊可以查到不同電機類型的空載電流。另外,DSP還起到了電容器電路的控制保護作用。+。第三級運算放大器將信號中的高頻干擾過濾,起到低通濾波的作用。由兩個信號相位同步組成,對其進行自動控制從而得到一個閉環(huán)式的鎖相環(huán),用PLL表示。最大用戶I/O引出端數(shù)為171個。 雙口RAM與MCU間的通訊接口電路 Communication interface circuit between dual port RAM and MCU 串口通信模電路 Serial munication module circuit本系統(tǒng)設(shè)計的按鍵只有4個,控制參數(shù)的而控制主要由鍵盤來完成,手動或者是自動方式都可以。所以,為了實現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換,本文選擇74LVC4245,僅僅轉(zhuǎn)換雙口RAM和DSP之間的數(shù)據(jù)交換,如數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)換、地址線轉(zhuǎn)換以及控制信號等。第一級和第三級運放都是電壓跟隨和阻抗匹配電路,第二級運放是整流電路。其中VBACK為電池,防止系統(tǒng)掉電后設(shè)置的時間丟失。參考文獻[1] 編委會. 最新電力系統(tǒng)各種無功補償濾波器裝置選型設(shè)計制造新工藝標準手冊. 北京:中國電子科技出版社,2009[2] 王化祥. 傳感器原理及應(yīng)用. 天津:天津大學(xué)出版社,2002[3] 何建平. 電氣傳動. 重慶:重慶大學(xué)出版社,2002[4] 王成元. 現(xiàn)代電機控制技術(shù). 北京:機械工業(yè)出版社,2009[5] 李宏. 現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:機械工業(yè)出版社,2009[6] 林靜然. . 北京:電子工業(yè)出版社,2008[7] 王興貴. 現(xiàn)代電力電子技術(shù). 北京:中國電力出版社,2010[8] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng). 第3版. 北京:機械工業(yè)出版社,2009[9] 王兆安,黃俊. 電力電子技術(shù). 第3版. 北京:機械工業(yè)出版社,2001[10] 華偉. 現(xiàn)代電力電子器材及其應(yīng)用. 上海:北方交通大學(xué)出版社,2002[11] 陳國呈. 新型電力電子變換技術(shù). 北京:中國電力出版社,2004[12] 鄧彥國. 智能低壓無功補償裝置的研制:[碩士學(xué)位論文]. 北京:北京交通大學(xué),2007[13] 彭虎,周佩玲,傅忠謙. 微機原理與接口技術(shù). 第3版. 北京:電子工業(yè)出版社,2011[14] 劉文定,謝克明. 自動控制原理. 第3版. 北京:電子工業(yè)出版社,2013[15] 王化祥. 傳感器原理及應(yīng)用. 天津:天津大學(xué)出版社,2002附錄A系統(tǒng)硬件設(shè)計電路圖致  謝本次畢業(yè)設(shè)計是在趙影老師的細心指導(dǎo)和嚴格要求下完成的,從選題、確定方案到具體設(shè)計,趙老師一直在耐心的指導(dǎo)我如何更好地完成這次設(shè)計,趙老師對事情嚴謹、細心的態(tài)度和對專業(yè)知識的獨到見解讓我受益良多。如果該輸出電流的大小大于參考信號,那么電容出現(xiàn)過流情況,如果小于參考信號,那么電容則沒有出現(xiàn)過流情況。主控制器的控制信號首先經(jīng)過ULN2003驅(qū)動芯片,增強信號的驅(qū)動能力,再通過光耦芯片TLP521_4,將信號送至可控硅驅(qū)動電路[15]。四個鍵分別對應(yīng)增加、減少、確定、返回四個功能,通過這四個按鍵的組合,基本實現(xiàn)了菜單的操作,參數(shù)的輸入和輸出等功能。對于可重構(gòu)CMOS SRAM單元來說,它具有較大的特征優(yōu)勢,如可以適用于大多數(shù)的門陣列宏功能,正因為如此,它以可以重構(gòu)的CMOS SRAM單元作為基礎(chǔ)條件,利用邏輯和存儲器處理功能等,滿足實際的工作需求。在脈沖上升或者是下降的過程中,對于時間的約束幾乎沒有,這是由于所采用的觸發(fā)器為斯米特觸發(fā)器,不管是輸入還是輸出,都是經(jīng)過緩沖完成的。 電流信號調(diào)理電路 Current signal conditioning circuit 電壓信號調(diào)理電路 Voltage signal conditioning circuit本文所進行的TSC低壓無功補償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計主要使用的是TMS320系列DSP,TMS320F2812是TMS320C28x系列的代表產(chǎn)品,是32位定點DSP,32位定時器,具有158MIPS、片內(nèi)128K Flash、56個I/O,16通道12位ADC,采用TMS320F2812數(shù)字信號處理器進行數(shù)據(jù)的采集與分析[14]。,電網(wǎng)中220V的電壓通過變壓器輸出+12V,﹣12V和+5V三種不同的電壓信號。對于控制器所有關(guān)鍵參數(shù)變動的記錄主要由EEPROM來實現(xiàn)[12]。 QC=PMAXtgφ1 ()式中:PMAX為最大有功功率; φ1為補償前最低功率因數(shù)時的功率因數(shù)角。 K= (),當(dāng)功率因數(shù)cosφ2無限趨近于1時,電容量的投入比例也就相應(yīng)增大,這將極大地提高補償容量增加的成本,一般來說。補償方式的不同使得其計算的方法也有很大的差異。第一步,數(shù)據(jù)采樣;第二步,A/D轉(zhuǎn)換,以及采集電壓、電流信號;第三步,離散化。積分法的理論基礎(chǔ)是:sinφ=∫cosφdφ。另外,對于外電路的作用,所展現(xiàn)出來的特征與和星形無中線接法是一樣的[9]。根據(jù)上述分析和研究,采用不等容分組這種方式的優(yōu)勢在于,所需要的電容空間、電容器投切開關(guān)的數(shù)量以及補償裝置的數(shù)量等都非常容易滿足,即便是如此簡單的要求,也仍然取得了非常好的效果。電容器的殘壓將在何種情況下不利于反壓觸發(fā)的進行,也就是電容器殘壓值遠不及電源最大值時,因此需要合理控制其殘壓的值。 功率補償電路圖 Power pensation circuit確定TSC投入電容之時,電容器的殘壓相位與幅值,以及電源電壓的相位與幅值之間具有等價關(guān)系,然而,在晶閘管被開通之前電容器的充電電壓是很難測量得到的,那么對于電容器的殘壓來說,就需要利用其它方式來進行測量。具體來說,在第一種情況下,即為欠補償,也就是并沒有完全補償負荷中的感性無功電流,這個時候的電源I落后與端電壓U,(a)圖。對于變壓器來講,僅提高功
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