【正文】 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，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)電機進相吸收無功功率，當(dāng)吸收無功超過其最大吸收能力時，可能會引起系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn) 定 [3]。運行時需從電網(wǎng)吸收大量無功功率 , 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。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動 , 故可以降低輸電線路和變壓器因輸送無功功率而造成的電能損耗 , 從而提高電網(wǎng)功率因數(shù)、減少線損、電能質(zhì)量得到明顯改善。此時供電電流的相位滯后電壓 , 這種情況稱欠補償 。這會引起變壓器二次側(cè)電壓抬升 。 容性無功在線路上傳輸也會增加電能損耗。 無功補償裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 傳統(tǒng)的無功補償設(shè)備有并聯(lián)電容器、調(diào)相機和同步發(fā)電機等，圖 12所示為一種最簡單的無功補償。 當(dāng) 閉合使 M運行時， M從電網(wǎng)吸取有功功率和無功功率。由于 C的補償容量是固定的，它不能隨著實際無功的變化而變化。 M 圖 12 最簡單的無功補償 圖 但在實際用電系統(tǒng)中，無功往往變化很大，圖 12所示的補償裝置顯然無法滿足要求。所以這些設(shè)備已經(jīng)越來越不適應(yīng)電力系統(tǒng) 發(fā)展的需要。這種技術(shù)經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，經(jīng)歷了一個不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。 控 制 器M i M jKK 1 K 2K nC 1C 2C n 圖 13 實用的無功補償裝置 圖 圖 13所示電路中，當(dāng)無功變化時，控制器檢測到該變化，就根據(jù)該 變化控制補償電容器組的投切，達(dá)到按實際需求的無功量進行補償?shù)哪康?。斷路器開關(guān)由于受器件固有特性的限制，在控制器檢測到無功的變化需要投入或切除補償電容器組時，開關(guān)速度較慢，約為 1030ms，不能快速跟蹤負(fù)載無功功率的變化，而目前投切電容器時常會引起較為嚴(yán)重的沖擊涌流和操作過電壓，這樣在需要頻繁投切時，不但易造成接觸點燒焊，而且使補償電容內(nèi)部擊穿，所受應(yīng)力 大，維修量大。 為了能快速跟蹤補償電網(wǎng)中的無功變化，在現(xiàn)代電力電子器件和數(shù)字控制技術(shù)的支持下，具有瞬時投切能力的動態(tài)無功補償裝置應(yīng)運而 生 [5]。現(xiàn)今所指的無功補償裝置一 般專指使用晶閘管的無功補償設(shè)備，主要有以下三大類型：一類是具有飽和電抗器的無功補償裝置(SR： Saturated Reactor)；第二類是晶閘管控制電抗器 (TCR： Thyristor Control Reactor)；第三類是晶閘管投切電容器 (TSC： Thyristor Switch Capacitor)，后兩類裝置統(tǒng)稱為SVC( Static Var Compensator)[7]。 (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)的無功補償裝置也就分為兩種。可控飽和電抗器通過改變控制繞組中的工作電流來控制鐵心的飽和程度，從而改變工作繞組的感抗，進一步控制無功電流的大小。但是由于這種裝置中的飽和電抗器造價高，約為一般電抗器的 4倍，并且電抗器的硅鋼片長期處于飽和狀態(tài)，鐵心損耗大，比并聯(lián)電抗器大 2～ 3倍，另外這種裝置有振動和噪聲，而且調(diào)整時間長，動態(tài)補償速 度慢，由于具有這些缺點，所有飽和電抗器的無功補償器目前應(yīng)用的比較少，一般只在超高壓輸電線路才有使用。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 。根據(jù)觸發(fā)角與補償器等效導(dǎo)納之間 的關(guān)系式 ??? /)s in(m a x ?? LL BB 可知 ,增大觸發(fā)角即可增大補償器的等效導(dǎo)納，這樣就會減小補償電流中的基波分量，所以通過調(diào)整觸發(fā)角的大小就可以改變補償器所吸收的無功分量，達(dá)到調(diào)整無功 功率的效果。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。 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。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]。 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。其單相原理圖如圖 15所示?，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。一般對稱網(wǎng)絡(luò)采用星形連接，負(fù)荷不對稱網(wǎng)絡(luò)采用三角形連接。 TSC 的關(guān)鍵技術(shù)問題是投切電容器時刻的選取。此時投切電容器，電路的沖擊電流為零。 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(xì)化，基本上可以實現(xiàn)無級調(diào) 節(jié) [14]。低壓補償箱和補償柜的技術(shù)改進和新技術(shù)應(yīng)用歸納起來主要有以下幾 方面。 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。 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(jié)合。 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。 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。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。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。 第 二 章 基于 DSP控制的 動態(tài)無功無償控制器的 硬件設(shè)計 引言 目前，無功補償裝置已在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。 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，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。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。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)、運算量大的系 統(tǒng) [16]。 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%。 (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。 (6) 投切振蕩閉鎖 :在輕負(fù)荷時，控制器應(yīng)有防止投切振蕩的措施。 (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。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。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。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。 負(fù)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(jié)構(gòu) 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(guān)、低壓電容器等元器件組成。 控制器是無功補償裝置的核心器件。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(shè)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(jié)合起來。當(dāng)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)。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。當(dāng)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(dāng)無功電流凡 值增大到設(shè)定值時 ,控制器對指定的復(fù)合開關(guān)輸出過零觸發(fā)脈沖使之導(dǎo)通將電容器投人運行 ,直到功率因數(shù)逼近設(shè)定值 ,當(dāng)無功電流凡 值下降到低于設(shè)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。 F S負(fù) 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(zhǔn)電壓 (VBASE)形成回路、同步方波形成回路。 根據(jù)采樣定理，采用 FFT測量諧波，若要求準(zhǔn)確測量 2n ( n=1,2 ,3? )次諧波，則每周波采樣點數(shù)應(yīng)最少為 21?n 個點。信號調(diào)理電路包括信號衰減和模擬抗混疊濾波器?？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。 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 ??????? 。 3+aVR 4 03 KC 4 00 . 1 u FV r e f 1 . 6 5 VR 4 23 . 5 KC 4 10 . 1 u F24V C C + 1 2 VV C C 1 2 VC 4 2R 4 33 5 KL M 3 2 41V A 3 . 3D 1D 2U A I NC 4 30 . 1 u FU 1 2 A0 . 1 u F 圖 25 ALF 低通濾波電路 圖 令 R40=R41=R,C40=C41， R42=R,R43=R2,則： ??sAU =22231 SCRRCSAUP??，其中121 RRAup ?? ,將數(shù)據(jù)帶入上式，可以算出截止頻率為 pf = RS?23 ? 1591Hz。根據(jù)計算結(jié)果看出此低通濾波器能滿足要求。濾波電路輸入信號為 ，輸出為 的正弦信號 LF2407的A/D 輸入應(yīng)在 0～ 之間，濾波放大電路的輸出能夠滿足 DSP 的要求。輸出6316263 )1( RIRRV ADref ???。 5 VC 3 10 . 1 u F2U 3 0L M 1 1 7V i n + V o u tAD11C 3 21 0 u F R 6 31 0 0D 1 4V r e f 1 . 6 5 VC 3 31 u F3R 6 23 3 7 圖 26 基 準(zhǔn)電壓產(chǎn)生回路 圖 5. 同步方波產(chǎn)生回路 5 1 KV r e f aR 3 41 21 3U 1 2 DL M 3 2 4R 3 34 0 0 KV C C 1 2 VC 6 80 . 1 u FV C C + 1 2 VC 6 80 . 1 u FV A 3 . 3D 1 6U pD 1 51 4+ 圖 26 同步方波產(chǎn)生回路 圖 aV 為模擬信號經(jīng)過低通濾波之后的信號，運放起了電壓比較的作用， VAPULSE為 0～ 的方波信號，送入 DSP的捕捉引角，通過 DSP的定時器測出兩個上升沿之間的時間，即通過測出正弦信號過零點之間的時間 ,而得出電網(wǎng)信號的周期。 6. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器我們采用 LF2407自帶的帶內(nèi)置采樣和保持的 A/D轉(zhuǎn)換器，具有 10 位精度，轉(zhuǎn)換速度最快達(dá)到 500ns，并且可以同時采樣 16 路信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的排序器包括兩個獨立的最多可選擇 8 個模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器 (SEQI 和 SEQ2)，這兩個排序器可被級聯(lián)成個最多可選擇 16個轉(zhuǎn)換模擬通道的排序器 (SEQ)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)值結(jié)果保存在該通道相應(yīng)的結(jié)果寄存器中，這 樣用戶可以對