基于dsp低压终端无功补偿仪探究

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1、基于DSP低压终端无功补偿仪探究　　【摘要】本课题的选题是根据四川省科技厅科技支撑项目“低压终端自动无功补偿仪的研制”而来，主要设计了一种适用于低压电网进行无功补偿的晶闸管投切电容器（TSC）装置，在设计中采用了电压无功复合投切判据，以无功功率作为主判据、电压作为辅助判据，并采用晶闸管与继电器相结合的复合开关作为电容器投切开关。控制器采用TI公司生产的TMS320LF2407ADSP作为控制系统主体，整个装置能够实现无功功率的快速、准确补偿，而且成本低，在低压城网中具有较好的实用性以及广阔的应用前景。【关键词】无功功率补偿；晶闸管投切电容器；

2、DSP控制器1.引言8现代电网中，电动机等感性负荷占据很大比重，它们在做工时需要吸收大量的无功功率，实现能量的转换，带动设备做功。这样，电源提供的电功率并不完全供给给有功功率，还要一部分转换为无功功率，这无疑增加了电网电源的负担，降低了供电设备的效率，而且由于线路中无功电流的存在将增大网络损耗，降低输电线的使用寿命，严重影响供电质量。为了解决这一问题，我们设计了低压终端无功补偿装置，在电路中需要消耗无功功率的地方提供无功功率，即对无功功率进行补偿[1-3]。2.无功补偿技术的有关理论分析2.1TSC型无功补偿装置的工作原理图2-1给出了TSC

3、型无功补偿装置的系统模型，其中2个反并联晶闸管作为补偿电容器的投切开关。首先，交流电源US经变压器PT和线路电抗XL后对负载供电，负载端电压为U2，负载电流为I，IP和IQ分别成为正弦电路中的电流有功分量和无功分量。在负载处经晶闸管开关T接入一个补偿电容器C，电容抗为XC=1/（2πfC），若选取C的大小使IC等于负载感性电流IQ，即：，同时，IC为容性电流，超前电压U290°，-IC即为感性电流，滞后U290°，与负载感性电流IQ同相，这样，按上式选择电容C，负载的感性电流IQ的大小和幅值都等于电容器向电网输出的感性电流-IC，电容器C输出

4、的无功功率抵消掉了负载消耗的无功功率，因此，整个电路中只有有功电流在流动，没有无功电流的损耗，负载的功率因数接近于1，这样就提高了电能的利用率，降低了电能在输送过程中造成的浪费。2.2无功补偿控制方式的研究8传统的无功补偿装置依靠单一的物理量作为参考量，难以实现精确的控制，本设计中，为了满足控制的需要，做到精准无误的控制，我们选择性能较好的两种控制方式相结合，即以无功功率为主要判据、电压为辅助判据的电压无功复合控制方式，利用无功功率校正控制避免投切震荡、以电网电压的限定值作为电容投切的约束条件，从而实电容器组的智能综合投切，在保证电压在合格的

5、范围内实现无功平衡，既减少了网络损耗，又考虑到了电压质量。图2-2为控制投切区域图，分为11个区域来进行控制。Q是系统的实际无功功率，U是实际电压值，控制策略中设置了两级电压门限和一级无功门限，分别是：电压上限U上限和下限U下限；电压上极限U上极限和下极限U下极限；无功上限Q上限和下限Q下限，当电网电压越上、下极限时，此时不考虑无功功率，投切电容器来改变电压值，使其回到上、下限之间，只有当电网电压在合格范围内才根据无功值来投切电容器，调节网络无功。2.3有关补偿电容器分组方法的研究8本设计中电容器的分组方式采用不等容分组方式。不等容分组方式是

6、指各组电容器的容量不相等，分组容量比不宜过大，以不超过1：3为宜。例如：可以补偿15kvar无功容量的电容，按照1：2：4：8的比例来分，每组补偿容量分别为1kvar、2kvar、4kvar、8kvar，就可实现15级组合，分成4组就可以实现0～15kvar补偿级差为1kvar的无功补偿。这种分组方式补偿速度快，精度高，同时也节省了电容器投切开关的数量，降低了成本；缺点是只要最小一组容量能够进行投切，则总是对该组进行操作，以此类推，顺序操作，结果最小一组电容器频繁进行投切，使用寿命最短，且其控制也比较复杂。本设计选用四种电容器，电容大小分别为

7、60uf，30uf，15uf，8uf，当在220V工作电压下的容量分别为9043var，4521ar，2260var，1205var，这样可以补偿的无功功率最大可达到17030var。这四种电容器组可以实现0到17Kvar的补偿，可以分为15级调节控制。虽然软件控制较复杂，但可以节省投切开关的数量，减少了补偿装置的成本。3.无功补偿装置的硬件设计本课题设计的是基于DSP控制的晶闸管投切电容器（TSC）型无功补偿装置，其控制器采用DSP[4]为核心控制器，采用了集中补偿方式，装配在配电变压器低压母线上，对配电变压器所带的整个区域负荷进行补偿，利

8、用电压无功复合投切判据来判定电容器组的投切，投切开关选用晶闸管与继电器结合使用的复合开关。其硬件原理结构框图如图3-1所示，主要包括控制器模块，电压、电流检测调理模