【文章內(nèi)容簡介】 chematic diagram Figure 15 TSC pensator schematic diagram ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 6 在工程實際中，可以將降壓變壓器設(shè)計成具有很大漏抗的電抗變壓器，用可控硅控制電抗變 壓器，這樣就不需要單獨接入一個變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線路連接，二次繞組經(jīng)過較小的電抗器與可控硅閥連接。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，可以進一步降低無功補償產(chǎn)生的諧波 [10]。 由于單獨 TCR 只能吸收無功功率，而不能發(fā)出無功功率，為了解決此問題，可以將并聯(lián)電容器與 TCR 配合使用構(gòu)成無功補償器。根據(jù)投切電容器的元件不同，又可分為 TCR 與固定電容器配合使用的靜止無功補償器 (TCR+FC)和 TCR 與斷路器投切電容器配合使用的靜止無功補償器 (TCR+MSC)。這種具有 TCR 型的補償器反應(yīng)速度快，靈活性大，目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用最為廣泛 [11]。由于固定電容器的 TCR+FC 型補償裝置在補償范圍從感性范圍延伸到容性范圍是要求電抗器的容量大于電容器的容量，另外當(dāng)補償器工作在吸收較小的無功電流時，其電抗器和電容器都已吸收了很大的無功電流，只是相互抵消而已。 TSC+MSC型補償器通過采用分組投切電容器，在某種程度上克服了這種缺點。 (TSC) 為了解決電容器組頻繁投切的問題， TSC 裝置應(yīng)運而生。其單相原理圖如圖 15 所示。兩個反并聯(lián)的 晶閘管只是將電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)中斷開，串聯(lián)的小電抗器用于抑制電容器投入電網(wǎng)運行時可能產(chǎn)生的沖擊電流?，F(xiàn)在普遍把這種可以快速補償電網(wǎng)無功功率的晶閘管投切電容器的無功補償裝置叫做動態(tài)無功補償器。 TSC 用于三相電網(wǎng)中可以是三角形連接，也可以是星形連接。一般對稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負荷不對稱網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。不是希望電容器級數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟性，一般用 K1 個電容值為 C 的電容和個電容值為 C/2 的電容組成 2K 級的電容組數(shù) [12]。 TSC 的關(guān)鍵技術(shù)問題是投切電容器時刻的選取。經(jīng)過多年的分析與實 驗研究，其最佳投切時間是晶閘管兩端的電壓為零的時刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時刻 [13]。此時投切電容器，電路的沖擊電流為零。這種補償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。 TSR 補償器可以很好的補償系統(tǒng)所需的無功功率，如果級數(shù)分得足夠細化，基本上可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié) [14]。 無功補償裝置的選擇 從當(dāng)前無功補償裝置的發(fā)展來看，目前廣泛應(yīng)用的幾種無功補償裝置，即第二節(jié)所介紹的幾種無功補償裝置，從控制投切裝置的不同來看可以分為兩類：一類是采用斷路器開關(guān)來控制；一類 是采用晶閘管控制。這兩類無功補償裝置的特點在上一節(jié)中也有所介紹，總起來***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 7 說采用晶閘管控制投切的無功補償裝置在性能上比采用斷路器開關(guān)的無功補償裝置好，它動作時間短，通常能在一個周波 (即 20ms)內(nèi)動作；動作時無火花，更安全可靠，壽命長。而斷路器開關(guān)費用上又優(yōu)于晶閘管，因此在工程應(yīng)用上也并沒有被晶閘管開關(guān)完全取代。這兩種裝置的特性比較見表 11： 表 11 斷路器開關(guān)與晶閘管開關(guān)控制投切的無功補償裝置性能比較 斷路器開關(guān)控制 晶閘管控制 投切性能 有火花壽命短 無火花壽命長 動作時間 長 (約幾十毫秒 ) 短 (約幾十微秒 ) 適應(yīng)的負荷 相對穩(wěn)定的負荷 可補償沖擊性負荷 電壓穩(wěn)定性 電壓有波動 通過控制投切時間，可消 除電壓波動 價格 低 高 任何一種智能無功補償裝置，都需要個控制器來完成電網(wǎng)參數(shù)的測量計算，控制電容組的投切。以斷路器作開關(guān)元件的無功補償裝置，控制器發(fā)出的是接點信號，控制接觸器的吸合或斷開。以晶閘管作開關(guān)元件的無功補償裝置，控制器器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 8 第二章 控制方案的 DSP 實現(xiàn) 引言 目前，無功補償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。無功電源與有功電源一樣是 維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定、保證電能質(zhì)量和安全運行必不可少的 [15]。 電網(wǎng)中存在的無功功率有感性的和容性的兩種，由于一般的電網(wǎng)中負載多為感性，如：異步電機，變壓器等，傳統(tǒng)的就地?zé)o功補償裝置是通過單片機進行控制實現(xiàn)電容器組的投切。但是，電網(wǎng)中存在諧波時，投切電容有可能發(fā)生電容把高次諧波量放大，更為嚴(yán)重的是如果電容與電網(wǎng)中的感性負載在某次諧波恰好發(fā)生諧振，電網(wǎng)電壓、電流有可能被無限放大，造成的后果不堪設(shè)想。因此，在無功補償?shù)耐瑫r，對電網(wǎng)中的諧波量進行測量和消除是非常重要的，且對系統(tǒng)的無功進行準(zhǔn)確補償也建立在對系統(tǒng)各項參 數(shù)進行準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上。 然而，傳統(tǒng)的單片機作為控制器的系統(tǒng)由于受硬件資源與速度的限制，采樣精度不高，每周波的采樣點少，只自出選擇計算量小的算法，結(jié)果限制了測量的精度。故本系統(tǒng)采用 TI公司生產(chǎn)的 DSP TMS320LF2407作為總控制器，指令速度很決，達 30MIPS,更加適合于處理多數(shù)據(jù)、運算量大的系統(tǒng) [16]。同時具有強大的控制功能，因此使用 TMS320LF2407作內(nèi)核帶電力監(jiān)測的低壓智能無功補償裝置能更好的滿足實時性和精確性的要求。 設(shè)計任務(wù) (1) 工作電壓及輸入電壓模擬量 額定工作電源電壓及額定電壓模擬量 220V或 380V? 20%，電源正弦波形，總畸變率不大于5%。 (2) 輸入電流模擬量 額定輸入電流模擬量： 5A 50Hz 輸入端輸入阻抗： 不大于 ? 2. 測量及顯示精度 (1) 電壓 各相電壓 % (2) 電流 各相電流 % (3) 有功功率 各相及總和 % (4) 無功功率 各相及總和 % ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 9 (5) 視在功率 各相及總 和 % (6) 頻率 % (7) 功率因數(shù) ?% 3. 控制要求 (1) 控制靈敏度 不大于 (2) 過電壓保護 應(yīng)在 105%～ 120%之間可調(diào)，動作回差 612V (3) 延時時間 10～ 120s可調(diào) (4) 過電壓分段總時限 不大于 60s (5) 投切動作時間間隔 不小于 300s (6) 斷電后所有數(shù)據(jù)保持時間 不小于 72h 要求 (1) 功能設(shè)置要求 1) 能實現(xiàn)三線對稱補償和分相補償組合 2) 投入、切除門限設(shè)定值 3) 延時設(shè)定值 4) 過壓保護設(shè)定值 5) 諧波超值保護設(shè)定值 6) 面板功能鍵操作應(yīng)具有容錯功能 7) 面板設(shè)置應(yīng)具有硬件或軟件閉鎖功能 (2) 顯示功能 1) 工作電源工作顯示 2) 超前、滯后顯示 3) 輸出回路工作狀態(tài)顯示 4) 過壓保護動作顯示 5) 控制器應(yīng)具有電網(wǎng)即時運行參數(shù)及設(shè)定值調(diào)顯功能 6) 控制器應(yīng)具有監(jiān)測或統(tǒng)計數(shù)據(jù)調(diào)顯功能 7) 諧波超值保打動作顯示 8) 手動、自動指示顯示 (3) 延時及加速功能 :輸出回路動作應(yīng)具有延時及過電壓加速動作功能。 (4) 程序投切功能 :手動或 自動投切選擇，自動狀態(tài)時應(yīng)具有自動循環(huán)投切。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 10 (5) 自檢復(fù)歸功能 :控制器每次接通電源應(yīng)進行自檢并復(fù)歸輸出回路 (即輸出回路處在斷開狀態(tài) )。 (6) 投切振蕩閉鎖 :在輕負荷時，控制器應(yīng)有防止投切振蕩的措施。 (7) 閉鎖報警 :當(dāng)系統(tǒng)電壓大于或等于一定值 (該值可調(diào) )，閉鎖控制器投入回路；投切器內(nèi)部發(fā)生故障時，閉鎖輸出回路并報警；執(zhí)行回路發(fā)生異常時，閉鎖輸出回路并報警。 (8) 數(shù)據(jù)傳輸 :用中間體 (如抄表器 )抄錄實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，用 RS232接口 X485接口。 主電路設(shè)計 帶電力監(jiān)測的智能無功補償裝置 的總電路圖如圖 21所示。 負荷信 號 衰 減低 通 濾 波參 考 電 壓+ 1 . 6 5 V信 號 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鍵盤液晶顯示指示燈R S2 3 2接口PROME 2 圖 21 帶電力監(jiān)測的無功補償裝置總電路圖 Figure 21 charged strength monitor idle work pensation system total circuit diagram 該裝置上電后，經(jīng)過一定延時，控制器再開始工作，通過對系統(tǒng)三相電壓、三相電流采樣，根據(jù)電壓、電流的值計算系統(tǒng)無功功率，并與用戶設(shè)定的投入門限、切除門限相比 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)中吸收的無功最小 ”的原則對電容器組進行控制，能有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 11 絡(luò)損耗?？紤]系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟性，電容器分組采用二進制方案，即采用（ K1）個電容值均為 C 的電容和一個電容值為 (C/2)的電容，這樣的分組可使組成的電容值有 2K 級。最小電容量那一路作為單位電容量，它的大小決定了補償精度。 本系統(tǒng)由 TMS320LF2407DSP 控制，實時監(jiān)測電力系統(tǒng)無功功率和電壓并跟蹤系統(tǒng)無功功率 的大小，采用晶閘管投切并聯(lián)電容器組的無功功率補償裝置。該裝置因響應(yīng)速度快、動態(tài)性能好，所以能實現(xiàn)對決速變化的無功進行跟蹤補償。該裝置具備完整的顯示控制保護功能。根據(jù)需要可顯示功率因數(shù)、系統(tǒng)電壓、負載電流、無功功率等值。并可實時在線設(shè)置投入門限、切除門限、過壓值、欠壓值、延時值等參數(shù)。能延時可調(diào)、過壓自動切除，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、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)，是老式補償裝置理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 主控制器芯片的選取 本系統(tǒng)采用 T1 公司的 TMS320LF2407 作為主控制器，主要是考慮諧波測量的準(zhǔn)確性與無功補償是不可分割的。 該芯片是 TMS320C2021 平臺下的一種定點 DSP 芯片，是一款專為控制設(shè)計的單片機。處理速度很決，達到 30MIPS，在晶振頻率為 20MHz 時，計算一次 64 點的 FFT 運算用時只有 611s,特別適合于處理諧波分析。用到的數(shù)字濾波和傅立葉變換等運算的微處理器。同時它又具有低成本、低功耗、高性能的處理能力 [17]。 TMS320 LF2407DSP 結(jié)構(gòu)上的特點有以下幾個方面： 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時控制能力。 2. 片內(nèi)有高達 32K 字的 FLASH 程序存儲器，高達 字的數(shù)據(jù) /程序 RAM,544 字雙口 RAM(DARAM)和 2K 字的單口 RAM (SARAM)。 3. 兩個事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個包括：兩個 16 位通用定時器； 8 個 16 位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。他們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反向器控制； PWM 的對稱和非對稱波形； 3 個捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路； 16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器控制 。 4. 可擴展的外部存儲器總共 192K 字： 64K 字程序存儲器； 64K 字數(shù)據(jù)存儲器； 64KI/O尋址空間。 5. 看門狗定時器模塊 (WD1)。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 12 6. 高性能 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC)的轉(zhuǎn)換時間為 500ns，提供多達 16 路的模擬輸入，具有自動排序功能，可以同時采集最多 16 路的模擬信號，克服了 MCS196 單片機不能同時采樣多路信號的缺點。 7. 控制器局域網(wǎng)絡(luò) (CAN) 模塊。 8. 串行通信接口 (SCI)。能與系統(tǒng)中的其他控制器進行異步通信 (RS232)。 9. 16 位的串行外設(shè)接口模塊 (SPI)。 10. 基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器。 11. 高達 40 多個可 單獨編程或復(fù)用的通用輸入 /輸出引角 (GPIO )。方便擴展外設(shè)，滿足多數(shù)控制對像輸入輸出的需求。 同時，它還具有一些特別適用于進行大量數(shù)字信號處理的特點： 1. 哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址；取指和執(zhí)行重疊進行；結(jié)構(gòu)的改進，高速緩存，高度并行，大大提高了運算速度。 2. 硬件乘法器：乘法是 DSP 的重要組成部分。乘法的速度越快， DSP 處理器的性能就越高。它能實現(xiàn)單指令乘加運算和變址運算。 3. DSP 指令： DSP 芯片采用特殊的指令。它將多條指令進行壓縮，如指令功能壓縮和指令周期縮短 (200ns 降到 20ns 以下 )，可 以在一個指令周期內(nèi)執(zhí)行多條指令，提高了處理器的速度。 4.