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正文內(nèi)容

優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)論文:基于s320lf2407adsp芯片的三相三線制電網(wǎng)的負(fù)序和無功補(bǔ)償?shù)脑砗蛙浻布O(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-02-14 15:21 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 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。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)。在 (31)中的節(jié)點(diǎn)電壓按下式計(jì)算: (32)(1) 無功功率平衡方程: (33)式中:為補(bǔ)償點(diǎn)總數(shù);為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)可投入電容器組的單組容量;為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的可投入電容器組數(shù);為配電網(wǎng)中的總無功功率損耗;為負(fù)荷消耗的無功功率;為配電網(wǎng)中總的無功電源出力。(2) 不等式的約束條件: (34)式中:為配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓;為各補(bǔ)償點(diǎn)可投切電容器組數(shù);為有載調(diào)壓變壓器檔位。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。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功電流的平均值。該定理可以改寫為下述形式: (37)為了確定電容器的最佳位置和最佳容量,其步驟是交替使用確定最佳位置定理和最佳容量定理,以等面積法則來制約它們之間的關(guān)系。 這種方法的基本程序是:從任選處開始,確定,然后引用等面積法確定,依次重復(fù)列推,直至求得,…。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。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)整套過程。下面以三組電容器為例說明它的應(yīng)用配電線路的無功負(fù)荷分布如圖(31)。第一步:選擇;第二步:按照確定最佳補(bǔ)償位置定理確定,使選用在這個(gè)意義上是最佳的,有: (38)則: (39)第三步:按著最佳補(bǔ)償容量定理來確定,使前邊選擇的和所得的是最佳的,即在線段上滿足等面積法則。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。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)過點(diǎn)畫點(diǎn)線Ⅱ平行于F(x);(3)找點(diǎn),使。第六步:如同第二步和第四步,確定,使其滿足: (313)第七步:不需要再確定另外的位置,只需應(yīng)用等面積法則對(duì)前邊求得的解, ,,進(jìn)行檢驗(yàn),看其是否為最佳解。其過程如下:(1) 確定點(diǎn);(2) 畫曲線Ⅲ與F(x)平行,便確定了;(3) 存在三種可能性:其一:如果,等面積法則的到了滿足,則所確定的位置, ,和容量,是最佳的; 其二:如果,回到第一步,選擇新的權(quán)值,并較前一次八稍微靠近變電站,重復(fù)其余各步;其三:如果,回到第一步,選擇新的值,并較前一次稍微遠(yuǎn)離變電站,重復(fù)其余各步。對(duì)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。根據(jù)計(jì)算需要,=100MVA,=。根據(jù)文獻(xiàn)[6]中所述計(jì)算方法對(duì)導(dǎo)線的電阻進(jìn)行計(jì)算。導(dǎo)線電阻的計(jì)算(1) 直流導(dǎo)線電阻: (314)電阻率: (315)上式中:—線路長度,; —導(dǎo)線截面,; —絞入系數(shù),單股導(dǎo)線為1,; —導(dǎo)線溫度為20℃時(shí)的電阻率, ; —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的電阻率,; —電阻溫度系數(shù),; —導(dǎo)線實(shí)際工作溫度,℃;(2) 交流導(dǎo)線電阻: (316) (317) (318)導(dǎo)線的可用上式計(jì)算(當(dāng)頻率為50、芯線截面不超過240時(shí),均為1);式中: —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的直流電阻,; —臨近效應(yīng)系數(shù); —導(dǎo)線溫度為℃時(shí)的電阻率,; —線芯半徑,cm; —電流透入深度,cm; —相對(duì)磁導(dǎo)率,對(duì)于有色金屬導(dǎo)線為1; —頻率。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。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。電線、母線和電纜的感抗按下式計(jì)算: (319)式中: —線路每相單位長度的感抗,/;—頻率,;—電線、母線或電纜每相單位長度的電感量,;其中: (320) 式中: —幾何均距,;—電線或圓形芯電纜主線芯的半徑,;—電線或圓形芯電纜主線芯的直徑,;—線芯自幾何均距或等效半徑,;當(dāng)時(shí),式(341)可簡化為: (321)等面積法不受負(fù)荷分布情況的限制,并能使線損的下降值最大,并能使線損的下降值最大,以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益,而且方法具有良好的通用性。因此,我使用等面積法則來優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)娜萘亢脱a(bǔ)償位置。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。為了簡化推導(dǎo),把實(shí)際配電線路長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)際長度做如下變換: (322)式中:—第段等效均勻線路長度。 (2) 等效均勻線路的總長度由下式確定: (323)用線路的等效均勻總長度除每段等效長度便可得到各段的折算等效均勻長度,即: (324)而均勻線路的電阻值為: (325)通過這種方法把具有不同型號(hào)的實(shí)際導(dǎo)線上的均勻負(fù)荷換算成等效線路上的不均勻負(fù)荷。無功電流分布的換算對(duì)于三相不均勻分布的無功負(fù)荷,我們對(duì)換算后電流密度和折算后的等效線路上的無功電流是用下述方法定義的: (326) , (327)式中: —變電所輸出的峰值無功電流; —折算等效均勻線路自首端起算的距離;—點(diǎn)無功電流。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。最佳補(bǔ)償容量定理為: (330)但在使用中,卻使用此公式來求補(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。通過不斷重復(fù)使用最佳補(bǔ)償位置定理和最佳補(bǔ)償容量定理來求出最優(yōu)解。通過以上論述不難看出,等面積法通過配電線路的折算,將配電線路折算為等效均勻長度,將線路中的負(fù)荷視為集中在線路末端,通過最佳補(bǔ)償位置定理和最佳補(bǔ)償容量的反函數(shù)來求出最優(yōu)解。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)。但對(duì)于線路分支的處理,存在著方法上的缺陷。第4章 電網(wǎng)無功檢測與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電網(wǎng)無功檢測與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件電路主要包括電壓轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤顯示電路、電容投切電路(TSC電路)、電源設(shè)計(jì)、濾波電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。主控單元以TMS320LF2407A DSP芯片為核心,完成采樣、計(jì)算、觸發(fā)、檢測、濾波、顯示、補(bǔ)償?shù)裙δ?。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(hào)處理器,它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì),集DSP的高速信號(hào)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。 ●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。其芯片管腳如圖41所示,其最小系統(tǒng)如42所示?!馛PU及總線結(jié)構(gòu) TMS320LF2407A的CPU是基于TMS320C2XX的16位定點(diǎn)低功耗內(nèi)核。體系結(jié)構(gòu)采用四級(jí)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。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。完全獨(dú)立于CALU的輔助寄存器單元(ARAU)包含八個(gè)16位輔助寄存器,其主要功能是在CALU操作的同時(shí)執(zhí)行八個(gè)輔助寄存器(AR7至AR0)上的算術(shù)運(yùn)算。兩個(gè)狀態(tài)寄存器ST0 和ST1用于實(shí)現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存。 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(chǔ)器總線和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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。 ●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)。這些空間提供了共192K字的地址范圍。 其片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括:544字16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序DARAM、2K字16位的單端口數(shù)據(jù)/程序SARAM、片內(nèi)32K16位的Flash程序存儲(chǔ)器、256字16位片上Boot ROM、片上Flash/ROM具有可編程加密特性。 TMS320LF2407A的指令集有三種基本的存儲(chǔ)器尋址方式:立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式。 ●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。 ① 通用定時(shí)器。TMS320LF2407A共有四個(gè)16位通用定時(shí)器,可用于產(chǎn)生采樣周期,作為全比較單元產(chǎn)生PWM輸出以及軟件定時(shí)的時(shí)基。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。② 全比較單元。每個(gè)事件管理器模塊有3個(gè)全比較單元(2和3(EVA); 5和6(EVB)),每個(gè)比較單元各有一個(gè) 16位比較寄存器 CMPRx,各有兩個(gè)CMP / PWM輸出引腳,可產(chǎn)生2路 PWM輸出信號(hào)控制功率器件,其輸出引腳極性由控制寄存器 (ACTR)的控制位來決定。 ③捕獲單元。捕獲單元用于捕獲輸入引腳上信號(hào)的跳變,兩個(gè)事件管理器模塊總共有六個(gè)捕獲單元。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。每個(gè)單元各有一個(gè)兩級(jí)的FIFO緩沖堆棧。當(dāng)捕獲發(fā)生時(shí),相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置位,并向CPU發(fā)中斷請求。 ●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。 ① 串行通信口。TMS320LF2407A設(shè)有一個(gè)異步串行外設(shè)通信口(SCI)和一個(gè)同步串行外設(shè)通訊口(SPI),用于與上位機(jī)、外設(shè)及多處理器之間的通信。SCI即通用異步收發(fā)器(UART)支持 RS-232和RS-485的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全雙工通信模式,用來與上位機(jī)的通信;SPI可用于同步數(shù)據(jù)通信,典型應(yīng)用包括TMS320LF2407A之間構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外部I/O擴(kuò)展,如顯示驅(qū)動(dòng)。② A/D轉(zhuǎn)換模塊。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。A/D轉(zhuǎn)換模塊的啟動(dòng)可以有事件管理器模塊中的事件源啟動(dòng)、外部信號(hào)啟動(dòng)、軟件立即啟動(dòng)等三
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