【正文】 奎斯特采樣定律 ( hs ff 2? )要求的信號(hào)，消除混疊現(xiàn)象，提高 FFT 的運(yùn)算精度。信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)衰減和模擬抗混疊濾波器。 根據(jù)采樣定理，采用 FFT 測(cè)量諧波，若要求準(zhǔn)確測(cè)量 2n ( n=1,2 ,3? )次諧波，則每周波采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)最少為 2 1?n 個(gè)點(diǎn)。 14 模擬信號(hào)輸入處理單元 此模塊包括電壓電流信號(hào)形成回路、低通濾波回路 (ALF) 、基準(zhǔn)電壓 (VBASE)形成回路、同步方波形成回路。因頻譜分析的基礎(chǔ)是 FFT，從而加快了頻譜分析的過(guò)程。 4. 流水線(xiàn)：四級(jí)流水線(xiàn)；并行處理；取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行同時(shí)進(jìn)行。 3. DSP 指令： DSP 芯片采用特殊的指令。乘法的速度越快， DSP 處理器的性能就越高。 同時(shí)，它還具有一些特別適用于進(jìn)行大量數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)： 1. 哈佛結(jié)構(gòu)：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址；取指和執(zhí)行重疊進(jìn)行；結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，高速緩存，高度并行，大大提高了運(yùn)算速度。 11. 高達(dá) 40 多個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用 的通用輸入 /輸出引角 (GPIO )。 9. 16 位的串行外設(shè)接口模塊 (SPI)。 8. 串行通信接口 (SCI)。 6. 高性能 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC)的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 500ns，提供多達(dá) 16 路的模擬輸入，具有自動(dòng)排序功能，可以同時(shí)采集最多 16 路的模擬信號(hào)，克服了 MCS196 單片機(jī)不能同時(shí)采樣多路信號(hào)的缺點(diǎn)。 4. 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共 192K字： 64K字程序存儲(chǔ)器； 64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 64KI/O尋址空間。 3. 兩個(gè)事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個(gè)包括：兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器； 8 個(gè) 16位的脈寬調(diào)制 (PWM)通道。 TMS320 LF2407DSP 結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)有以下幾個(gè)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(shí)時(shí)控制能力。用到的數(shù)字濾波和傅立葉變換等運(yùn)算的微處理器。 13 該芯片是 TMS320C2020 平臺(tái)下的一種定點(diǎn) DSP 芯片，是一款專(zhuān)為控制設(shè)計(jì)的單片機(jī)。能延時(shí)可調(diào)、過(guò)壓自動(dòng)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(dòng)、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(bǔ)償裝置理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。根據(jù)需要可顯示功率因數(shù)、系統(tǒng)電壓、負(fù)載電流、無(wú)功功率等值。該裝置因響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好， 所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)決速變化的無(wú)功進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。最小電容量那一路作為單位電容量，它的大小決定了補(bǔ)償精度。 負(fù)荷信 號(hào) 衰 減低 通 濾 波參 考 電 壓+ 1 . 6 5 V信 號(hào) 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(pán)液晶顯示指示燈R S2 3 2接口PR OME 2 圖 21 帶電力監(jiān)測(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置 的總電路 圖 該裝置上電后，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，控制器再開(kāi)始工作，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)三相電壓、三相電流采樣，根據(jù)電壓、電流的值計(jì)算系統(tǒng)無(wú)功功率，并與用戶(hù)設(shè)定的投入門(mén)限、切除門(mén)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(shí)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(wú)功最小”的原則對(duì)電容器組進(jìn)行控制，能有效改善電壓質(zhì)量，提高功率因數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。 (8) 數(shù)據(jù)傳輸 :用中間體 (如抄表器 )抄錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，用 RS232 接口 X485 接口。 (6) 投切振蕩閉鎖 :在輕負(fù)荷時(shí)，控制器應(yīng)有防止投切振蕩的措施。 (4) 程序投切功能 :手動(dòng)或自動(dòng)投切選擇，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)應(yīng)具有自動(dòng)循環(huán)投切。 設(shè)計(jì)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%。故本系統(tǒng)采用DSP TMS320LF2407 作為總控制器，指令速度很決，達(dá) 30MIPS,更加適合于處理多數(shù)據(jù)、運(yùn)算量大的系 統(tǒng) [16]。因此，在無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，對(duì)電網(wǎng)中的諧波量進(jìn)行測(cè)量和消除是非常重要的，且對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功進(jìn)行準(zhǔn)確補(bǔ)償也建立 在對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上。 電網(wǎng)中存在的無(wú)功功率有感性的和容性的兩種，由于一般的電網(wǎng)中負(fù)載多為感性，如：異步電機(jī)，變壓器等，傳統(tǒng)的就地?zé)o功補(bǔ)償裝置是通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)電容器組的投切。 10 第 二 章 動(dòng)態(tài)無(wú)功無(wú)償控制器的 硬件設(shè)計(jì) 引言 目前，無(wú)功補(bǔ)償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。以斷路器作開(kāi)關(guān)元件的無(wú)功補(bǔ)償裝置，控制器發(fā)出的是接點(diǎn)信號(hào)，控制接觸器的吸合或斷開(kāi)。而斷路器開(kāi)關(guān)費(fèi)用上又優(yōu)于晶閘管，因此在工程應(yīng)用上也并沒(méi)有被晶閘管開(kāi)關(guān)完全取代。 無(wú)功補(bǔ)償裝置的選擇 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，即第二節(jié)所介紹的幾種無(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(lèi)：一類(lèi)是采用斷路器開(kāi)關(guān)來(lái)控制；一類(lèi)是采用晶閘管控制。 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(diǎn)。 4）智能型自動(dòng)補(bǔ)償控制器和配電變壓器的運(yùn)行記錄儀相結(jié)合。 2）由單一的無(wú)功補(bǔ)償?shù)酵瑫r(shí)具有濾波及抑制諧波功能的補(bǔ)償裝置。低壓補(bǔ)償箱和補(bǔ)償柜的技術(shù)改進(jìn)和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來(lái)主要有以下幾方面。 TSR 補(bǔ)償器可以很好的補(bǔ)償系統(tǒng)所需的無(wú)功功率，如果級(jí)數(shù)分得足夠細(xì)化， 基本上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào) 節(jié) [14]。此時(shí)投切電容器，電路的沖擊電流為零。 TSC 的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是投切電容器時(shí)刻的選取。一般對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對(duì)稱(chēng) 網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接?，F(xiàn)在普遍把這種可以快速補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率的晶閘管投切電容器的無(wú)功補(bǔ)償裝置叫做動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器。其單相原理圖如圖 15所示。 TSC+MSC 型補(bǔ)償器通過(guò)采用分組投切電容器，在某種程度上克服了這種缺點(diǎn)。這種具有 TCR 型的補(bǔ)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]。 由于單獨(dú) 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。電抗變壓器的一次繞組直接與高壓線(xiàn)路連接，二次繞組經(jīng)過(guò)較小的電抗器與可控硅閥連接。根據(jù)觸發(fā)角與補(bǔ)償器等效導(dǎo)納之間的關(guān)系式 ??? /)s in(m a x ?? LL BB 可知 ,增大觸發(fā)角即可增大補(bǔ)償器的等效導(dǎo)納，這樣就會(huì)減小補(bǔ)償電流中的基波分量，所以通過(guò)調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補(bǔ)償器所吸收的無(wú)功分量，達(dá)到調(diào)整無(wú)功 功率的效果 。其三相多接成三角形，這樣的電路并入到電 網(wǎng)中相當(dāng)于交流調(diào)壓器電路接電感性負(fù) 載， 此電路的有效移相范圍為 900 ～ 1800 。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價(jià)高，約為一般電抗器的 4倍，并且電抗器的硅鋼片長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，鐵心損 7 耗大，比并聯(lián)電抗器大 2～ 3 倍，另外這種裝置有振動(dòng)和噪聲，而且調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度慢，由于具有這些缺點(diǎn)，所有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線(xiàn)路才有使用?？煽仫柡碗娍蛊魍ㄟ^(guò)改變控制繞組中的工作電流來(lái)控制鐵心的飽和程度， 從而改變工作繞組的感抗，進(jìn)一步控制無(wú)功電流的大小。 (SR) 飽和電抗器分為自飽和電抗器和可控飽和電抗器兩種，相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置也就分為兩種。現(xiàn)今所指的無(wú)功補(bǔ)償裝置一般專(zhuān)指使用晶閘管的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，主要有以下三大類(lèi)型：一類(lèi)是具有飽和電抗器的無(wú)功補(bǔ)償裝置 (SR： Saturated Reactor)；第二類(lèi)是晶閘管控制電抗器 (TCR： Thyristor Control Reactor)；第三類(lèi)是 晶閘管投切電容器 (TSC： Thyristor Switch Capacitor)，后兩類(lèi)裝置統(tǒng)稱(chēng)為 SVC( Static Var Compensator)[7]。 為了能快速跟蹤補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功變化，在現(xiàn)代電力電子器件和數(shù)字控制技術(shù)的支持下，具有瞬時(shí)投切能力的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)運(yùn)而 生 [5]。斷路器 開(kāi)關(guān)由于受器件固有特性的限制，在控制器檢測(cè)到無(wú)功的變化需要投入或切除補(bǔ)償電容器組時(shí)，開(kāi)關(guān)速度較慢，約為 1030ms，不能快速跟蹤負(fù)載無(wú)功功率的變化，而目前投切電容器時(shí)常會(huì)引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過(guò)電壓，這樣在需要頻繁投切時(shí)，不但易造成接觸點(diǎn)燒焊，而且使補(bǔ)償電容內(nèi)部擊穿，所受應(yīng)力大，維修量大。 6 控 制 器M i M jKK 1 K 2K nC 1C 2C n 圖 13 實(shí)用的無(wú)功補(bǔ)償裝置 圖 13所示電路中，當(dāng)無(wú)功變化時(shí)，控制器檢測(cè)到該變化，就根據(jù)該變化控制補(bǔ)償電容器組的投切，達(dá)到按實(shí)際需求的無(wú)功量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康?。這種技術(shù)經(jīng)過(guò) 20 多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過(guò)程。所以這些設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。 M 圖 12 最簡(jiǎn)單 的無(wú)功補(bǔ)償 但在實(shí)際用電系統(tǒng)中，無(wú)功往往變化很大，圖 12 所示的補(bǔ)償裝置顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求。由于 C的補(bǔ)償容量是固定的，它不能隨著實(shí)際無(wú)功的變化而變化。 當(dāng) 閉合使 M運(yùn)行時(shí)， M 從電網(wǎng)吸取有功功率和無(wú)功功率。 無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 補(bǔ)償裝置的發(fā)展 傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等，圖 12 所示為一種最簡(jiǎn)單的無(wú)功補(bǔ)償。 容性無(wú)功在線(xiàn)路上傳輸也會(huì)增加電能損耗。這會(huì)引起變壓器二次側(cè)電壓抬升 。此時(shí)供電電流的相位滯后電壓 , 這種情況稱(chēng)欠補(bǔ)償 。由于減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng) , 故可以降低輸電線(xiàn)路和變壓器因輸送無(wú)功功率而造成的電能損耗 , 從而提 高電網(wǎng)功率因數(shù)、減少線(xiàn)損、電能質(zhì)量得到明顯改善。運(yùn)行時(shí)需從電網(wǎng)吸收大量無(wú)功功率 , 致使電網(wǎng)功率因數(shù)、電能質(zhì)量降低 , 電網(wǎng) “ 技術(shù)損耗電能 ”增加。 負(fù)荷無(wú)功功率對(duì)系統(tǒng)電壓的影響 在額定電壓附近，負(fù)荷從系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率隨電壓上升而增加，隨電壓下降而減小 ,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功功率缺額，亦即無(wú)功電源不能提供足夠的無(wú)功功率時(shí)，系統(tǒng)所接各負(fù)荷的電壓將下降，減少其向系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率；當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功過(guò)剩，無(wú)功吸收能 力不足的情況下，系統(tǒng)電壓將普遍升高，如果利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相吸收無(wú)功功率，當(dāng)吸收無(wú)功超過(guò)其最大吸收能力時(shí)，可能會(huì)引起系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn) 定 [3]。從有功功率損耗公式222 )( URQPP ???可見(jiàn)，當(dāng)有 功功率和無(wú)功功率通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗。 無(wú)功功率在線(xiàn)路中的傳輸引起的損耗 傳輸無(wú)功功率產(chǎn)生的功率損耗為 △ 0Q = ]2s in4)[(1 22 ?jiji UUUUZ ??[1]， 可見(jiàn)經(jīng)電抗傳輸無(wú)功時(shí)產(chǎn)生的無(wú)功功率損耗有兩部分，一部分是因?yàn)檠仉娍箓鬏斢泄β?(δ 0)，這是不可避免的；另一部分是因?yàn)榻?jīng)聯(lián)絡(luò)阻抗傳輸了無(wú)功功率 ( iU jU )。因此電力網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的變化會(huì)引起無(wú)功功率潮流的變化。比較 (12)、 (13)可以得到： Q =jji UX UU ??co s (14) 由式 (14)，正常運(yùn)行時(shí)輸電線(xiàn)路兩端的電壓的相位角差δ比較小，可以認(rèn)為 cosδ=1,這樣線(xiàn)路中傳輸?shù)臒o(wú)功功率大小就與線(xiàn)路兩端電壓有效值之差成正比，無(wú)功功率將從節(jié)點(diǎn)電壓高的一端流向節(jié)點(diǎn)電壓低的一端。 無(wú)功功率的分布對(duì)電壓有決定性的影響 在不考慮輸電線(xiàn)的對(duì)地電容時(shí)，從節(jié)點(diǎn) i送到節(jié)點(diǎn) j 的功率為 P+jQ，節(jié)點(diǎn) i和節(jié)點(diǎn) j的電壓分別為 和 ，節(jié)點(diǎn) i、 j之間的支路阻抗為 R 十 jX。 電力系統(tǒng)的各節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率平衡決定了該節(jié)點(diǎn)的電壓水平，由于當(dāng)今電力系統(tǒng)的用戶(hù)中存在著大量無(wú)功功率頻繁變化的設(shè)備，如：軋鋼機(jī)、電弧爐、電氣化鐵路等；同時(shí)用戶(hù)中又有大量的對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有較高要求的精密設(shè)備，如：計(jì)算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備等。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低線(xiàn)路損耗，保證 工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低用電損耗等都有直接影響。s speediness, no arc, no percussion switching, and has superior performance. Mention of switching law, control method considering reactive power, paring with familiar control method considering power factor, avoids oscillation on the condition of light loading. In order to realize system39。s software core thyristor as switch that connect capacitors to main circuit, numeralization control, and Chine