【文章內(nèi)容簡介】 低壓無功補償?shù)母倪M 低壓無功補償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種：裝于低壓電動機的單臺就地補償；裝于配電變壓器低壓側的補償箱；裝于企業(yè)配電房或車間以及高層建筑樓層配電 間的自動補償柜（如 PGJ 柜等）。低壓補償箱和補償柜的技術改進和新技術應用歸納起來主要有以下幾 方面。 1）由三相共補到分相補償，以求達到更理想的補償效果。 2）由單一的無功補償?shù)酵瑫r具有濾波及抑制諧波功能的補償裝置。 3）從采用交流接觸器進行通斷，到選用晶閘管開關電路通斷，發(fā)展為等電壓接通、零電流分斷的最佳通斷模式。 4）智能型自動補償控制器和配電變壓器的運行記錄儀相結合。 5）將低壓補償?shù)墓δ芗{入箱式變電站或美式箱式變電站的低壓部分。 6）采用不銹鋼或航空鋁板的箱體，具有防寒、防曬、密封、防潮和防銹的特點。 7）選用干式或充 SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高運行可靠性，延長使用年限。 無功補償裝 置的選擇 從當前無功補償裝置的發(fā)展來看，目前廣泛應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。而斷路器開關費用上又優(yōu)于晶閘管，因此在工程應用上也并沒有被晶閘管開關完全取代。這兩種裝置的特性比較見表 11： 表 11 斷路器開關與晶閘管開關控制投切的無功補償裝置性能比較 斷路器開關控制 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。 第 二 章 基于 DSP控制的 動態(tài)無功無償控制器的 硬件設計 引言 目前，無功補償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應用。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)的就地無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)的無功進行準確補償也建立在對系統(tǒng)各項參數(shù)進行準確測量的基礎上。 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，結果限制了測量的精度。故本系統(tǒng)采用 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。 設計任務 (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 % (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 應在 105%～ 120%之間可調，動作回差 612V (3) 延時時間 10～ 120s可調 (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 (1) 功能設置要求 1) 能實現(xiàn)三線對稱補償和分相補償組合 2) 投入、切除門限設定值 3) 延時設定值 4) 過壓保護設定值 5) 諧波超值保護設定值 6) 面板功能鍵操作應具有容錯功能 7) 面板設置應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) 控制器應具有電網(wǎng)即時運行參數(shù)及設定值調顯功能 6) 控制器應具有監(jiān)測或統(tǒng)計數(shù)據(jù)調顯功能 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)時應具有自動循環(huán)投切。 (5) 自檢復歸功能 :控制器每次接通電源應進行自檢并復歸輸出回路 (即輸出回路處在斷開狀態(tài) )。 (6) 投切振蕩閉鎖 :在輕負荷時，控制器應有防止投切振蕩的措施。 (7) 閉鎖報警 :當系統(tǒng)電壓大于或等于一定值 (該值可調 )，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。 主電路設計 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、過壓自動切除，能有效地提高功率因數(shù)改善電壓質量、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。 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PR OME 2 圖 21 帶電力監(jiān)測的無功補償裝 置 的總電路 圖 智能低壓無功補償裝置的結構 智能低壓無功補償裝 置主要由無功補償控制器、智能投切開關、低壓電容器等元器件組成。采用一系列國內(nèi)領先的技術和最新的電子元器件及新型的機電一體化的智能復合開關 ,集電網(wǎng)監(jiān)測與無功補償于一體 ,不但可以補償電網(wǎng)中的無功損耗 ,提高功率因數(shù) ,降低線損 ,從而提高電網(wǎng)的負載能力和供電質量 同時還能夠實時監(jiān)測電網(wǎng)的三相電壓、電流、功率因數(shù)等運行數(shù)據(jù) ,可完成對整個低壓配電線路的監(jiān)測、分析處理、報表輸出等綜合管理 ,為低壓配電線路的科學管理提供第一手的可靠數(shù)據(jù)。 控制器是無功補償裝置的核心器件。我們選用的控制器采集三相電壓、電流 ,分級分相采用綜合判據(jù)來 控制投切 電容器。我們選用的控制器具備優(yōu)化無功補償策略程序 ,控制物理量如無功功率 功率因數(shù) 、投切時間、電流電壓門限等參數(shù)可設置 ,按照用戶需求和特性動態(tài)無功補償 ,并將共補與分相分組補償有效結合起來。該控制器實時采集電網(wǎng)三相電壓、電流 ,計算出實際無功大小 功率因數(shù) ,然后根據(jù)設定值自動循環(huán)投人 電容器進行補償。當夏季或無功缺口 比較大的時候 ,自動投人共補電容器 ,以減少分補投人次數(shù)。當無功缺口 比較小時 ,主要由分補電容器進行補償。防止損壞電容器 ,控制器投切電容器時加上三種限制條件 諧波閉鎖、電壓閉鎖、電流閉鎖。 利用雙向反并聯(lián)的晶閘管與磁保持開關組成的智能復合開關投切電力電容器。當斷路器 閉合后 ,控制器開始工作 ,對無功電流 功率因數(shù) 進行計算監(jiān)測 ,當無功電流凡 值增大到設定值時 ,控制器對指定的復合開關輸出過零觸發(fā)脈沖使之導通將電容器投人運行 ,直到功率因數(shù)逼近設定值 ,當無功電流凡 值下降到低于設定值時 ,控制器停發(fā)觸發(fā)脈沖信號而將電容器退出 ,以免電壓過高。 其原理圖見圖 22 。 F S負 載ABCNC 1C 2C 3C 4H SF U 1F U 2F U 3 F U 4F U 5F U 6 F U 7F U 8F U 9F U 1 0F U 1 1F U 1 2NK K +NK A K A +NK A K A +NK A K A +NNNF K 1F K 2 F K 3 F K 4K B K B +K C K C +K B K B +K C K C +K B K B +K C K C +F SG P R S 模 塊輸入口輸出口L F 2 4 0 7 控 制 器I E C 2 I E C 3 I E C 4I E C 5F S輸 出 量 I E C 4 I E C 5圖 22 智能低壓動態(tài)無功補償裝置原理圖 信號采集單元 此模塊包括電壓電流信 號形成回路、低通濾波回路 (ALF)、基準電壓 (VBASE)形成回路、同步方波形成回路。此模塊的作用是將電壓互感器 (YH)和電流互感器 (LH)二次輸出的電壓、電流模擬量經(jīng)過上述環(huán)節(jié)處理成大小與輸入量成正比、相位不失真的模擬量，輸入到 DSP 的 A/D轉換通道進行采樣，將其轉化為計算機能接受與識別的數(shù)字量，再進行數(shù)據(jù)處理及運算。 根據(jù)采樣定理，采用 FFT測量諧波，若要求準確測量 2n ( n=1,2 ,3? )次諧波，則每周波采樣點數(shù)應最少為 21?n 個點。考慮 DSP的數(shù)字處理能力突出，適于進行線性運算的特點，以及測量精度的要求，取系統(tǒng)的采樣頻率為 3200Hz，即每周波采樣 64 點，可準確測量 32次諧波量。信號調理電路包括信號衰減和模擬抗混疊濾波器。由互感器得到的電壓電流信號線性衰減成能輸入 DSP 的量程范圍，再經(jīng)抗混疊濾波器濾波，輸入 DSP的 A/D轉換器中進行采樣和模數(shù)轉換?？够殳B濾波器的作用是把電力系統(tǒng)的信號進行低通濾波，濾除高頻分量，使輸入 DSP 進行處理的信號是滿足奈奎斯特采樣定律 ( hs ff 2? )要求的信 號，消除混疊現(xiàn)象，提高 FFT 的運算精度。 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 23 電流信號形成回路 圖 電流互感器 T1,T2 和 T3 的原邊電流 ,為 0～ 5A，互感器 CT，變比為 12500/1，則refVIRV ?? 12 50 011160，其中 為交流地，對應的直流電平為 。 電 壓 互 感 器 的 變 比 為 1:1, 原邊電阻相對于 110K 可以忽略，因此r e fr e fr e fou t VVVRRVV ??????? 。 T 4T 5T 6R 1 2 4R 1 2 3R 1 2 21 0 01 0 01 0 0V r e f [ + 1 . 6 5 v ]R 1 1 9R 1 2 0R 1 2 11cU 1bU1aUG R O U N DG R O U N DG R O U N D1 1 0 K1 1 0 K1 1 0 KY R 33 9 0 v3 9 0 vY R 3 圖 24 電壓信號形成回路 圖 低通濾波電路 圖中 Dl, D2將輸出信號鉗制在 ，保證輸入 LF2407A / D轉換口的電壓在 0～ 之間，以保證其 AD 轉換的正常工作。 3+aVR 4 03 KC 4 00 . 1