【正文】 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。 該芯片是 TMS320C2021 平臺(tái)下的一種定點(diǎn) DSP 芯片，是一款專為控制設(shè)計(jì)的單片機(jī)。能延時(shí)可調(diào)、過壓自動(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鍵盤液晶顯示指示燈R S2 3 2接口PROME 2 圖 21 帶電力監(jiān)測(cè)的無功補(bǔ)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(shí)，控制器再開始工作，通過對(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(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)***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 11 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 TI公司生產(chǎn)的 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)償裝置是通過單片機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)電容器組的投切。 ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 8 第二章 控制方案的 DSP 實(shí)現(xiàn) 引言 目前，無功補(bǔ)償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。以斷路器作開關(guān)元件的無功補(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。而斷路器開關(guān)費(fèi)用上又優(yōu)于晶閘管，因此在工程應(yīng)用上也并沒有被晶閘管開關(guān)完全取代。 無功補(bǔ)償裝置的選擇 從當(dāng)前無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展來看，目前廣泛應(yīng)用的幾種無功補(bǔ)償裝置，即第二節(jié)所介紹的幾種無功補(bǔ)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。這種補(bǔ)償裝置為了保證更好的投切電容器，必須對(duì)電容器預(yù)先充電，充電結(jié)束之后再投入電容器。經(jīng)過多年的分析與實(shí) 驗(yàn)研究，其最佳投切時(shí)間是晶閘管兩端的電壓為零的時(shí)刻，即電容器兩端電壓等于電源電壓的時(shí)刻 [13]。不是希望電容器級(jí)數(shù)越多越好，但考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性及經(jīng)濟(jì)性，一般用 K1 個(gè)電容值為 C 的電容和個(gè)電容值為 C/2 的電容組成 2K 級(jí)的電容組數(shù) [12]。 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。兩個(gè)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(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的沖擊電流。 (TSC) 為了解決電容器組頻繁投切的問題， TSC 裝置應(yīng)運(yùn)而生。由于固定電容器的 TCR+FC 型補(bǔ)償裝置在補(bǔ)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(bǔ)償器工作在吸收較小的無功電流時(shí)，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。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(bǔ)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(bǔ)償器 (TCR+MSC)。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)一步降低無功補(bǔ)償產(chǎn)生的諧波 [10]。 A CS C RU ( t )LA CU ( t )CS C RL 圖 14 TCR 型補(bǔ)償器原理圖 圖 15 TSC 型補(bǔ)償器原理圖 Figure 14 TCR pensator schematic diagram Figure 15 TSC pensator schematic diagram ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 6 在工程實(shí)際中，可以將降壓變壓器設(shè)計(jì)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(dú)接入一個(gè)變壓器，也可以不裝設(shè)斷路器。當(dāng)觸發(fā)角 α= 900 時(shí)，吸收的無功電流最大。 兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，其單相原理圖 如圖 14 所示。這類裝置組成的無功補(bǔ)償裝置屬于第一批補(bǔ)償器 [9]。具有自飽和電抗器的無功補(bǔ)償裝置是依靠電抗器自身固有的能力來穩(wěn)定電壓，它利用鐵心的飽和特性來控制發(fā)出或吸收無功功率的大小 [8]。 以下對(duì)此三類無功補(bǔ)償技術(shù)逐一介紹。 當(dāng)前無功補(bǔ)償裝置分類 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，交流無觸點(diǎn)開關(guān) SCR 、 GTR、 GTO等的出現(xiàn)，將其作為投切開關(guān)速度可以提高 500 倍 (約為 10μs)，對(duì)任何系統(tǒng)參數(shù)，無功補(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) [6]。因此，采用斷路器作為開關(guān)的靜止無功補(bǔ)償裝置也只適合于負(fù)荷變化不大，即相對(duì)穩(wěn)定的情況。 無論是圖 12 電路還是圖 13 電路，電容器組的投切都是靠開關(guān) iK (i=1,2,3,…,n) 來完成的，目前這 種靜止開關(guān)主要分為兩種，即斷路器或電力電子開關(guān)。所謂靜止無功補(bǔ)償是指用不同的靜止開關(guān)電容器或電抗器，使其具有吸收和發(fā)出無功電流的能力，用于提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定 系統(tǒng)電壓，抑制系統(tǒng)振蕩等功能 [4]。 20 世紀(jì) 70 年代以來，隨著研究的進(jìn)一步加深出現(xiàn)了一種靜止無功補(bǔ)償技術(shù) (Static Var Compensation)。由于并聯(lián)電容器阻抗固定，不能動(dòng)態(tài)的跟蹤負(fù)荷無功功率的變化：而調(diào)相機(jī)和同步發(fā)電機(jī)等補(bǔ)償設(shè)備又屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，其損耗、噪聲都很大，而且還不適用于太大或太小的無功補(bǔ)償。因此，它適用于無功變化不大的場(chǎng)合。為減少電網(wǎng)中的無功水平，我們將 2K 閉合，用 C 中的超前電流補(bǔ)償 M 中的滯后電流，完成無功補(bǔ)償任務(wù)。圖 12 中， M 代表需要滯后無功功率的用電設(shè)備， 2K 和 C 是用于向 M 提供無功的無功補(bǔ)償裝置。 負(fù)荷無功功率對(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)無功功率缺額，亦即無功電源不能提供足夠的無功功率時(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 功功率；當(dāng)系統(tǒng)無功過剩，無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)相吸收無功功率，當(dāng)吸收無功超過其最大吸收能力時(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，當(dāng)有功功率和無功功率通過網(wǎng)絡(luò)電阻時(shí)，會(huì)造成有功功率損耗。 無功功率在線路中的傳輸引起的損耗 傳輸無功功率產(chǎn)生的功率損耗為 △ 0Q = ]2s in4)[(1 22 ?jiji UUUUZ ??[1]， 可見經(jīng)電抗傳輸無功時(shí)產(chǎn)生的無功功率損耗有兩部分，一部分是因?yàn)檠仉娍箓鬏斢泄β?(δ0)，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,這樣線路中傳輸?shù)臒o功功率大小就與線路兩端電壓有效值之差成正比，無功功率將從節(jié)點(diǎn)電壓高的一端流向節(jié)點(diǎn)電壓低的一端。 節(jié) 點(diǎn) iU iR + j XU j節(jié) 點(diǎn) jP + j Q 圖 11 簡單輸電線路模型 Figure 11 simple transmission line model 在不考慮輸電線的對(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 iU 和 jU ，節(jié)點(diǎn) i、 j 之間的支路阻抗為 R 十 jX。因此迫切需要對(duì)系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。因此，必須對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制，使電壓水平維持在一個(gè)正常范圍內(nèi)。s required function, this paper designs and realizes paratively integrate microputer controlled circuit and its peripherals circuit, including triggering circuit, sampling circuit, displaying circuit and municating circuit. This paper also points out the influence of harmonics to the pensation system, and the protect measurement in the condition of high harmonics on the power . At last, the paper looks in to the future of the development of reactive power pensation and the technique of DSP controller. [Keywords] reactive power pensation monitor of electric power wire digital signal processor (DSP) V ***學(xué)院 2021 屆畢業(yè)論文 VII 目 錄 第一章 緒論 .................................................................................................................................. 1 1. 1 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x ....................................................................................................................... 1 無功功率的分布對(duì)電壓有決定性的影響 ......................................................................... 1 無功功率在線路中的傳輸引起的損耗 ............................................................................. 2 負(fù)荷無功功率對(duì)系統(tǒng)電壓的影響 ..................................................................................... 2 無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 2 無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展 .......................................................................................................... 2 當(dāng)前無功補(bǔ)償裝置分類 ..........