【正文】 可靠數(shù)據(jù)。 帶電力監(jiān)測(cè)的智能無功補(bǔ)償裝置的 總電路 圖如圖 21 所示。并可實(shí)時(shí)在線設(shè)置投入門限、切除門限、過壓值、欠壓值、延時(shí)值等參數(shù)。該裝置具備完整的顯示控制保護(hù)功能。 主電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由 TMS320LF2407DSP控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(bǔ)償裝置。 (7) 閉鎖報(bào)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(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警；執(zhí)行回路發(fā)生異常時(shí)，閉鎖輸出回路并報(bào)警。 (5) 自檢復(fù)歸功能 :控制器每次接通電源應(yīng)進(jìn)行自檢并復(fù)歸輸出回路 (即輸出回路處在斷開狀態(tài) )。 (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(cè)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(hù) 應(yīng)在 105%～ 120%之間可調(diào)，動(dòng)作回差 612V (3) 延時(shí)時(shí)間 10～ 120s可調(diào) (4) 過電壓分段總時(shí)限 不大于 60s (5) 投切動(dòng)作時(shí)間間隔 不小于 300s (6) 斷電后所有數(shù)據(jù)保持時(shí)間 不小于 72h (1) 功能設(shè)置要求 1) 能實(shí)現(xiàn)三線對(duì)稱補(bǔ)償和分相補(bǔ)償組合 2) 投入、切除門限設(shè)定值 3) 延時(shí)設(shè)定值 4) 過壓保護(hù)設(shè)定值 5) 諧波超值保護(hù)設(shè)定值 6) 面板功能鍵操作應(yīng)具有容錯(cuò)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(hù)動(dòng)作顯示 5) 控制器應(yīng)具有電網(wǎng)即時(shí)運(yùn)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(cè)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)調(diào)顯功能 7) 諧波超值保打動(dòng)作顯示 8) 手動(dòng)、自動(dòng)指示顯示 (3) 延時(shí)及加速功能 :輸出回路動(dòng)作應(yīng)具有延時(shí)及過電壓加速動(dòng)作功能。同時(shí)具有強(qiáng)大的控制功能，因此使用 TMS320LF2407 作內(nèi)核帶電力監(jiān)測(cè)的低壓智能無功補(bǔ)償裝置能更好的滿足實(shí)時(shí)性和精確性的要求。 然而，傳統(tǒng)的單片機(jī)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(diǎn)少，只自出選擇計(jì)算量小的算法，結(jié)果限制了測(cè)量的精度。但是，電網(wǎng)中存在諧波時(shí)，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(fù)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。無功電源與有功電源一樣是維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、保證電能質(zhì)量和安全運(yùn)行必不可少 的 [15]。以晶閘管作開關(guān)元件的無功補(bǔ)償裝 置，控制器器發(fā)出的是晶閘管的觸發(fā)信號(hào)。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(bǔ)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(dòng)作時(shí)間 長 (約幾十毫秒 ) 短 (約幾十微秒 ) 適應(yīng)的負(fù)荷 相對(duì)穩(wěn)定的負(fù)荷 可補(bǔ)償沖擊性負(fù)荷 電壓穩(wěn)定性 電壓有波動(dòng) 通過控制投切時(shí)間，可消除電壓波動(dòng) 價(jià)格 低 高 任何一種智能無功補(bǔ)償裝置，都需要個(gè)控制器來完成電網(wǎng)參數(shù)的測(cè)量計(jì)算，控制電容組的投切。這兩類無功補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)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(bǔ)償裝置在性能上比采用斷路器開關(guān)的無功補(bǔ)償裝置好，它動(dòng)作時(shí)間短，通常能在一個(gè)周波 (即 20ms)內(nèi)動(dòng)作；動(dòng)作時(shí)無火花，更安全可靠，壽命長。 7）選用干式或充 SF6的自愈式并聯(lián)電容器，提高運(yùn)行可靠性，延長使用年限。 5）將低壓補(bǔ)償?shù)墓δ芗{入箱式變電站或美式箱式變電站的低壓部分。 3）從采用交流接觸器進(jìn)行通斷，到選用晶閘管開關(guān)電路通斷，發(fā)展為等電壓接通、零電流分?jǐn)嗟淖罴淹〝嗄Ｊ健? 1）由三相共補(bǔ)到分相補(bǔ)償，以求達(dá)到更理想的補(bǔ)償效果。 低壓無功補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn) 低壓無功補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)模式主要有以下三種：裝于低壓電動(dòng)機(jī)的單臺(tái)就地補(bǔ)償；裝于配電變壓器低壓側(cè)的補(bǔ)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(dòng)補(bǔ)償柜（如 PGJ 柜等）。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]。 S C RU ( t )LA CU ( t )CS C RLA C 圖 14 TCR型補(bǔ)償器原理圖 圖 15 TSC 型補(bǔ)償器原理圖 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= 90 0 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 10μ s)，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) (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 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， 和 C是用于向 M提供無功的無功補(bǔ)償裝置。故此種情況應(yīng)避免。 電容器溫升 高 , 電容器本身的功率損耗增大 , 電容器使用壽命縮短 。若電容 C的容量過大 , 使供電電流的相位超前于電壓 , 這種情況稱為過補(bǔ)償 , 其向 量圖如 1(c)所示。電網(wǎng)中感性負(fù)荷等效電路可看作電阻 R 和電感 L 串聯(lián)的電路 , 功率因數(shù) 為 cos Φ cos Φ =22 XRR? (15) 式 (15)中 XL=WL 將 R、 L 串聯(lián)電路與電容 C 并聯(lián)之后 , 電路見圖 1(a), 該電路電流方程為 :?I = ?cI + ?RLI RLRLI ??I?UC?CI ?CI ?U?IRL? a) （ 補(bǔ)償電路 ） b) 相量圖 (欠補(bǔ)償 ) RLI??U?CI ?I c) 相量圖 (過補(bǔ)償 ) 圖 11 并聯(lián)電容補(bǔ)償無功功率的電路和向量圖 由圖 1(b)的相量圖可知 , 并聯(lián)電容后 , 電壓 ?U 與 ?I 的相位差變小 , 即供電回路的功率因數(shù)提高了。電網(wǎng)中安裝并 聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置后 , 可以減少電源向感性負(fù)荷經(jīng)由輸電線路輸送的無功功率。 無功補(bǔ)償原理 配電網(wǎng)中負(fù)荷無論是工業(yè)負(fù)荷還是民用負(fù)荷 ,大部分是感性負(fù)荷。當(dāng)輸送的有功功率一定時(shí)，總的有功網(wǎng)損主要取決于輸送的無功功率的數(shù) 值 [2]?？梢姕p少線路無功功率的 傳輸可以減少線路的無功功率損耗。而且從上式可以看出，如果從遠(yuǎn)處電源經(jīng)輸電線路向負(fù)荷提供無功功率，會(huì)使沿線路各點(diǎn)電壓下降，甚至不能滿足質(zhì)量要求。節(jié)點(diǎn)電壓有效值的變化，也將使流經(jīng)線路的無功功率隨之發(fā)生變化。 節(jié)點(diǎn)電壓的關(guān)系為： UjUUU QRPXjU QXPRUU jjiji ?????????? .. (11) 在超高壓電力系統(tǒng)中，線路電抗遠(yuǎn)大于線路電阻，因而上式可寫成 jjji UPXjUQXUU ??? .. (12) 電壓 iU. 還可以寫成： ?? s inc os. iii jUUU ?? (13) 式中δ為線路兩端電壓的相位角差。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)。 Digital signal processor (DSP) 第一章 緒 論 無功補(bǔ)償?shù)囊饬x 電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： 無功補(bǔ)償 ； 電力監(jiān)測(cè) ； 數(shù)字信號(hào)處理器 Abstract Contraposing the developmental actuality of reactive power pensation system in power system, a DSP controlled Thyristor Switch Capacitors (TSC) system is designed based on TMS320LF2407 for reactive power dynamic pensation. The digital signal processing (DSP) TMS320LF2812 was used as the device shard warecore , which had many merits such as high operating speed and high realtime . The assemble language was used in the soft are design , the universal trait of the program and simplify the device maintenance were improved . Mention of switching law, the control method of considering reactive power was used , and the oscillation on the condition of light loading was avoided . a new low voltage reactive power pensation controller based on DSP is proposed . This controller can survey the workless power and voltage automatically and achieve the functions such as quick pensation of workle