【正文】 等多種功能于一身(, 2000: P. Kumkratug et al, 2003 )，造價(jià)非常高，控制非常復(fù)雜，目前僅美國(guó)Inez變電站安裝了這一裝置(李驕文，2002) 從當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展來(lái)看，目前廣泛應(yīng)用的幾種無(wú)功補(bǔ)償裝置，從控制投切裝置的不同來(lái)看可以分為兩類:一類是采用斷路器開(kāi)關(guān)來(lái)控制。功率因數(shù)式控制器通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的電壓、電流進(jìn)行采樣檢測(cè)，分析計(jì)算出當(dāng)前的功率因數(shù)值。若當(dāng)前偷超前，則切除一個(gè)電容器組。(1)電網(wǎng)中有一個(gè)穩(wěn)定的基本負(fù)荷，且占該線路最大負(fù)荷的比例較大，換句話說(shuō)，就是不會(huì)出現(xiàn)輕載投切振蕩。這類裝置組成的無(wú)功補(bǔ)償裝置屬于第一批補(bǔ)償器。120Mvar。運(yùn)行實(shí)踐證明此裝置具有較快的反應(yīng)速度(約為510ms ) 體積刁、重量輕，對(duì)三相不平衡負(fù)荷可以分相補(bǔ)償，操作過(guò)程不產(chǎn)生有害的過(guò)電壓、過(guò)電流，但TSC對(duì)于抑制沖擊負(fù)荷引起的電壓閃變，單靠電容器投入電網(wǎng)的電容量的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)是不夠的，所以TSC裝置一般與電感相并聯(lián)，其典型設(shè)備是TSC+TCR補(bǔ)償裝置。功率因數(shù)最小值為零，這時(shí)P=0，表示負(fù)載和電源之間只有往返的無(wú)功功率在交換。這時(shí)晶閘管只是作為一個(gè)電路開(kāi)關(guān)在交流電網(wǎng)電壓周期中全部導(dǎo)通(電容器投入到電網(wǎng))或全部阻斷(從電網(wǎng)切除電容器)。傳統(tǒng)的無(wú)功定義前提是電壓電流不含諧波，因此只有在諧波干擾比較小的情況下才有較高的精確度。積分法也能實(shí)現(xiàn)余弦和正弦之間的轉(zhuǎn)換。 illustration power pensation選取合適的觸發(fā)時(shí)刻總的原則是，TSC投入電容時(shí)，也就是晶閘管開(kāi)通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器殘壓的幅值和相位相同。強(qiáng)觸發(fā)可以提高器件承受di/dt的能力。設(shè)計(jì)觸發(fā)器時(shí)，使其兩個(gè)穩(wěn)定輸出狀態(tài)落入不可靠觸發(fā)區(qū)和可靠觸發(fā)區(qū)內(nèi)，觸發(fā)器輸出負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)(A, B, C, D, E, J, K, I點(diǎn))確定了在晶閘管開(kāi)通延遲時(shí)間內(nèi)流入門極所需的最小電流(E, J點(diǎn))和在運(yùn)行中觸發(fā)器可能輸出的最大電流(I, K,點(diǎn))。本章在研究了晶閘管器件及其串聯(lián)技術(shù)，進(jìn)行晶閘管靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和應(yīng)用中的相關(guān)特性的分析和研究，特別是晶閘管在關(guān)斷過(guò)程中的恢復(fù)特性的研究。當(dāng)檢測(cè)到欠壓時(shí)，控制器保持當(dāng)前電容器投入狀態(tài)。 由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升而可能把PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。采用熱電禍，監(jiān)控晶閘管散熱器的溫度，為控制器提供觸點(diǎn)信號(hào)，一旦異常即切除所有己投入的電容器組，并發(fā)出報(bào)警。C28x系列的主要片種為TMS320F2810和TMS320F2812。這些數(shù)字量I/O引腳可以獨(dú)立操作也可以作為外設(shè)I/O信號(hào)使用。中斷由兩級(jí)組成，其中一級(jí)是PIE中斷，另一級(jí)是CPU中斷。 F2812的ADC模塊框圖Fig . F2812 of the ADC block diagram 兩個(gè)8通道模塊具有對(duì)一系列轉(zhuǎn)換和自動(dòng)序列化的能力，通過(guò)模擬多路復(fù)用器，每個(gè)模塊都可以選擇可用的8個(gè)通道中的任何一個(gè)通道。每個(gè)序列轉(zhuǎn)換選擇的模擬輸入通道由CONVxx位域來(lái)定義，它們位于ADC輸入通道選擇序列控制寄存器(ADCCHSELSEQ)內(nèi)。對(duì)F2812ADC轉(zhuǎn)換模塊，%以內(nèi)，所以可以采用這種方法對(duì)其進(jìn)行校正。第三個(gè)運(yùn)放起到低通濾波的作用，濾除信號(hào)的高頻干擾。 其中+12V，12V既作為繼電器的工作驅(qū)動(dòng)電壓，又是整個(gè)控制系統(tǒng)的工作電能來(lái)源。如果僅用一片DSP完成數(shù)據(jù)采集、分析計(jì)算、實(shí)時(shí)過(guò)程控制以及實(shí)時(shí)顯示等任務(wù)，會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)的控制時(shí)間，破壞了實(shí)時(shí)性。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 該裝置選用單片集成鎖相環(huán)芯片CD4046和分頻計(jì)數(shù)器芯片CD4040實(shí)現(xiàn)鎖相倍頻功能。 信號(hào)包括電壓和電流信號(hào)，原始電網(wǎng)的電流信號(hào)己經(jīng)通過(guò)一次電流互感器LMZ 1_ 0. 5型變?yōu)樾∮?A的電流信號(hào)，此電流信號(hào)不能直接為AD采集。 選用ADC的任意兩個(gè)通道作為參考輸入通道，并分別提供給它們已知的直流參考電壓作為輸入(兩個(gè)電壓不能相同)，通過(guò)讀取相應(yīng)的結(jié)果寄存器獲取轉(zhuǎn)換值，利用兩組輸入輸出值求得ADC模塊的校正增益和校正失調(diào)，然后利用這兩個(gè)值對(duì)其他通道的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了ADC模塊轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度。對(duì)十每個(gè)轉(zhuǎn)換，通過(guò)模擬多路開(kāi)關(guān)MUX，可選擇6個(gè)可用的輸入通道中的任何一路。數(shù)字電路包括:可編程轉(zhuǎn)換序列發(fā)生器、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器、模擬電路接口、設(shè)備外圍總線接口以及其它片上模塊接口等。C. 低速組：有SCI, SPI, McBSP, LOSPCP寄存器設(shè)置分頻系數(shù)。它既有數(shù)字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能。同時(shí)也不排除晶閘管擊穿短路故障和斷路故障。Table Thyristor overload multiple times and the relationship between overload 電源單元的輸出直接供給控制器其他各單元，是控制器的命脈，一旦發(fā)生異常，控制器往往只有上百微秒的時(shí)間作出反映。控制器一般每工頻周期對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉分析，計(jì)算得到諧波電流總畸變率。當(dāng)檢測(cè)到電壓缺相時(shí)，控制器發(fā)出控制命令，切除所有的投運(yùn)電容器組。在控制極特性允許范圍內(nèi)，提高觸發(fā)脈沖的幅值和陡度，可減小開(kāi)通時(shí)間，因而也可以減小串聯(lián)晶閘管開(kāi)通時(shí)間的分散性。5. 斷態(tài)電壓臨界上升率:當(dāng)在阻斷的晶閘管陽(yáng)極一陰極間施加的電壓具有正向的上升率，則由于晶閘管結(jié)電容C的存在，會(huì)產(chǎn)生位移電流而引起晶閘管的誤觸發(fā)導(dǎo)通。 開(kāi)通時(shí)間是延遲時(shí)間和上升時(shí)間之和，是將門極觸發(fā)脈沖加到未開(kāi)通的晶閘管上，到陽(yáng)極電流達(dá)到其額定電流值的90%所需的時(shí)間，開(kāi)通時(shí)間會(huì)隨工作電壓、陽(yáng)極電流、極電流和結(jié)溫而變化。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性，當(dāng)加在電容上的電壓有階躍變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊電流，很可能破壞晶閘管或給電源帶來(lái)高頻振蕩等不利影響。具體的測(cè)量步驟為:先通過(guò)采樣和A/D轉(zhuǎn)換將電網(wǎng)的模擬電壓和電流信號(hào)采集到微處理器，然后進(jìn)行離散化處理。如何總結(jié)己有的經(jīng)驗(yàn)，選擇適合于TSC的技術(shù)是本章研究的重點(diǎn)?；蛘哒f(shuō)使發(fā)電機(jī)、變壓器、線路可以發(fā)送最大的有功功率。有功功率尸、。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。由于單獨(dú)的TCR只能吸收無(wú)功功率，而不能發(fā)出無(wú)功功率，為了解決此問(wèn)題，可以將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償器。第三類是晶閘管投切電容器(TSC: Thstor Switch Capacitor)，后兩類裝置統(tǒng)稱為SVC (StaticVar Compensator )以下對(duì)此三類無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)逐一介紹。該方法的補(bǔ)償原理前面已經(jīng)做了介紹。功率因數(shù)只要一超前，就要立即切除一電容器組，而切除一組功率因數(shù)又不夠，因此形成振蕩。 Reactive power pensation principle，無(wú)功電流，總電流，功率因數(shù)我門將定為投入門限，發(fā)出指令，投入一電容器組進(jìn)行補(bǔ)償。而且其控制復(fù)雜，所用的全控器件價(jià)格昂貴，所以目前還沒(méi)有普及，尤其在我國(guó)，大功率電力電子器件目前基本依賴進(jìn)口，成本太高，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，此類裝置的實(shí)用化尚需相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。同步調(diào)相機(jī)雖然能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，目前在現(xiàn)場(chǎng)仍有使用，但在技術(shù)上已顯落后。20世紀(jì)70年代以來(lái)，同步調(diào)相機(jī)(SC } Synchronous Condenser)開(kāi)始逐漸被基于半控型器件晶閘管(SCR)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)所取代。集中補(bǔ)償只能減少裝設(shè)點(diǎn)以上線路和變壓器因輸送無(wú)功功率所產(chǎn)生的損耗，而不能減少用戶內(nèi)部通過(guò)配電線路向用電設(shè)備輸送無(wú)功功率所造成的有功損耗。無(wú)功功率在電網(wǎng)中不斷循環(huán)，造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)電力網(wǎng)中的無(wú)功問(wèn)題也已逐漸引起人們的廣泛關(guān)注，這是由于隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛。(3)在電氣化鐵道等三相負(fù)載不對(duì)稱的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可以平衡三相負(fù)載。在投切容量的確定方面，往往以功率因數(shù)為參考，電容器分組投切，當(dāng)功率因數(shù)滯后時(shí)，則投入一組電容器。但是由于它投切的隨意性，并未解決投切中的暫態(tài)過(guò)程過(guò)電壓造成的接觸器觸頭燃弧燒毀，壽命極短問(wèn)題。通過(guò)比較我們可以看出TSC具有反映時(shí)間短，運(yùn)行可靠，分相調(diào)節(jié)，能平衡有功和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，而且TSC還有很大的靈活性，占地面積相對(duì)小，產(chǎn)生的高次諧波和噪聲較小，相對(duì)于無(wú)功發(fā)生器SVG來(lái)說(shuō)有控制簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)時(shí)間短、成本低的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)SVC的研究集中在控制策略上，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等智能控制手段也被引入SVC控制系統(tǒng)，使SVC系統(tǒng)的性能更加提高(Nikolaos Athanasiadis, 2002: J. Lu et al, 2004:J. Su et al，2004)。下面介紹無(wú)功補(bǔ)償有功率因數(shù)控制和無(wú)功功率(無(wú)功電流對(duì)空制兩種控制方式的特點(diǎn)。圖12中是輕載時(shí)的有功電流，是與之對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流，并且較小，要小于一個(gè)電容器組的補(bǔ)償量。根據(jù)負(fù)荷的變化幅度，確定選擇功率因數(shù)補(bǔ)償或是無(wú)功功率(無(wú)功電流)補(bǔ)償。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10 u)，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)。如果在電抗變壓器的第三繞組選擇適當(dāng)?shù)难b置回路，例如加裝濾波器，可以進(jìn)一步陽(yáng)氏無(wú)功補(bǔ)償產(chǎn)生的諧波。為了對(duì)無(wú)功電流能盡量做到無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，總是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜勝及經(jīng)濟(jì)性，一般用K1個(gè)電容值為C的電容和一個(gè)電容值為C/2的電容組成2K級(jí)的電容組數(shù)。而電感或電容性負(fù)載雖然基本上不消耗有功功率，但是它與電源之間或相互之間進(jìn)行著往返的周期性能量轉(zhuǎn)換，形成無(wú)功電流，這種往返交換的功率稱為無(wú)功功率，用Q表示，常用單位為kvar，無(wú)功功率不是無(wú)用功率，它是電氣設(shè)備輸出有功功率和傳輸電能的必備條件(如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，它們需要建立變化的磁場(chǎng)才能維持正常運(yùn)行)。如果在負(fù)載處，經(jīng)雙向晶閘管開(kāi)關(guān)T接入一個(gè)電容器C，如圖23所示，電容抗為，流入電容C的容性電流I。所以感性負(fù)載電流流過(guò)變壓器和線路電抗時(shí)會(huì)使負(fù)載端電壓下降，而容性負(fù)載電流流過(guò)變壓器和線路電抗時(shí)則會(huì)使負(fù)載端電壓口上升。當(dāng)電壓和電流頻率發(fā)生偏移時(shí)，如果采用定頻采樣，要注意調(diào)整采樣點(diǎn)數(shù)。該算法需要專門的測(cè)量用DSP來(lái)計(jì)算實(shí)現(xiàn)，成本高是它的天然缺陷。進(jìn)行晶閘管靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和應(yīng)用中的相關(guān)特性的分析和研究，特別是晶閘管在關(guān)斷過(guò)程中的恢復(fù)特性的研究。晶閘管的關(guān)斷時(shí)間為，普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約為幾百微妙。為達(dá)到動(dòng)態(tài)均壓，首先應(yīng)選用積蓄載流子數(shù)量比較一致的元件，另一方面，還需RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓。當(dāng)任意一相相電壓(UA, UB, Uc)低于某一限制保護(hù)動(dòng)作。 常用來(lái)表示畸變波形偏離正弦波形的程度的特征量有諧波含量、總畸變率。因此必須采取措施消除晶閘管上可能出現(xiàn)的過(guò)電壓。 電容器可能出現(xiàn)故障的主要原因是因過(guò)壓、過(guò)流造成的短路現(xiàn)象，一旦發(fā)生將同時(shí)引發(fā)晶閘管支路的過(guò)流/短路情況。該數(shù)字信號(hào)處理器還集成了128KB的FLASH存儲(chǔ)器，4KB引導(dǎo)ROM，數(shù)字運(yùn)算表以及2KB的OTP ROM，從而大大改善了應(yīng)用的靈活性。 C28X功能框圖 diagram of C28X 本控制系統(tǒng)主要用到了DSP內(nèi)部?jī)蓚€(gè)重要模塊:ADC模塊和PWM模塊。 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，首先初始化DSP系統(tǒng)，然后設(shè)置PIE中斷矢量表，再初始化ADC模塊，接著將ADC中斷的入口地址裝入中斷矢量表并開(kāi)中斷，同時(shí)等待ADC中斷，最后在ADC中斷中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果，并用軟件啟動(dòng)下一次中斷。圖 TMS320F2812的ADC模塊的外部接 TMS320F2812 the ADC module is an external connection3,自動(dòng)轉(zhuǎn)換序列發(fā)生器的工作原理 ADC序列發(fā)生器由兩個(gè)獨(dú)立的8狀態(tài)序列發(fā)生器(SEQ1和SEQ2)組成，它們可以級(jí)聯(lián)成一個(gè)16狀態(tài)的序列發(fā)生器(SEQ)。F2812的ADC增益誤差一般在5%以內(nèi)，ma %以內(nèi)，即20b+20。兩個(gè)CPU之間通過(guò)雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)信號(hào)周期與采樣周期不同或是采樣時(shí)間間隔不均勻時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。四個(gè)鍵分別對(duì)應(yīng)增加，減少，確定，返回四個(gè)功能，通過(guò)這四個(gè)按鍵的組合，基本實(shí)現(xiàn)了菜單的操作，參數(shù)的輸入和輸出等功能。具有兩套完全獨(dú)立的中斷邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU之間的握手控制信號(hào)。要想獲得這四種不同的電壓，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下的電路。 voltage and current signal conditioning circuit AD采樣模塊 TSC無(wú)功補(bǔ)償裝置需要采集的數(shù)據(jù)包括三相線路的電壓、電流共6個(gè)量(對(duì)于每條輸電線路)，但是MAX197不具備多通道同時(shí)采樣保持功能，在轉(zhuǎn)換時(shí)不能保證6個(gè)模擬量采樣時(shí)間的一致性，影響了諧波和無(wú)功分析的準(zhǔn)確性?？刂茊卧蒁SP完成對(duì)電壓和電流值的計(jì)算，再根據(jù)控制補(bǔ)償規(guī)則，作出投切決策并輸出投切指令。CONVxx位可以有0一15中的任何值。2．TMS320F2812的ADC的外部接口 ADC模塊的輸入信號(hào)為:通過(guò)電壓和電流檢測(cè)電路，得到電網(wǎng)電流和電容器支路電流由電流互感器(CT)引入，Ifu電網(wǎng)電壓及電容器支路電壓由電壓互感器(PT)引入，經(jīng)前置電路放大、低通濾波(截止頻率為34kHz)、電平提升后，讓信n39。PIE中斷共有96個(gè)，被分為12個(gè)組，每組內(nèi)有8個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，96個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)可記為INTx,y (x=1,2…12。 TMS320F2812的CPU是一種低功耗犯位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，其運(yùn)行速度為150MIPS。該芯片兼容TMS320LF2407指令系統(tǒng)，最高可在150MHz主頻下工作，并帶有18K*16位0等待周期片上SRAM和128K*16位片上Flash(存取時(shí)間36ns)。因此，丟脈沖發(fā)生時(shí)