基于DSP控制的动态无功补偿装置优化设计

摘 要：无功补偿对电力质量起着重要作用，传统的无功补偿存在着明显的弊端，尤其是对谐波干扰的应对往往存在不足。在DSP的帮助下，无功补偿装置可以在网络监测的基础上实现对无功补偿的自动化控制，以此设计的系统将可以实现更加灵活的无功补偿。本文通过对无功补偿原理的分析，针对DSP控制的动态无功补偿装置技术进行了分析。

关键词：无功补偿；DSP；自动补偿；装置；优化设计

中图分类号：S611文献标识码： A

引言

现代电网中，电动机等感性负荷占据很大比重。它们不仅要消耗有功功率，也需要吸收大量的无功功率，实现能量的转换，带动设备做功。无功功率的出现不仅增加了电网电源的负担，降低了供电设备的效率，而且还增大了网损，严重影响供电质量。为了解决这一问题，目前最有效的措施就是增加电网中的无功功率，但是，如果增容不当，容易造成输电线路无功电流增大，导致输电线的使用寿命降低、电能的浪费，还可能由于输电电流增加，电网运行时发热过大造成潜在的危险。所以电网中补偿的无功功率进行长距离输送是不合理也不可能的。最优的方法就是在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。

一、电网无功功率补偿的概述

近此年，无功补偿装置的、泛应用增加了电力系统的安全性，采用投切低压并联电容器对低电压的配电母线进行集中形式的无功补偿，已经成为了利用电源变压器的容量、降损节能、改善电源电压质量、保证电力网络安全、实现经济运行的重要措施。然而电网中存在的无功功率有电感性和电容性两种形式。利用传统的无功补偿装置是将单片机作为控制核心，以此完成对电容组的投切，即投入容性的无功功率已到达减少无功功率的目的。实际的应用中因为电网中存在谐波的影响，投切电容很容易就会出现电容放大次高谐波的情况，更加严重的后果是如果电容与电网中的感性负载在某个次谐波上出现了谐振效果，就会将电网中的电压和电流放大，造成更加严重的影响而形成无法挽回的损失。所以在无功补偿的同时对电网中的谐波情况应进行测量并进行消除，然后在对系统的无功功率进行动态化的补偿，即在各种网络参数的基础上控制无功补偿的投切，以此保证补偿的准确。

二、无功补偿的基本原理分析

无功补偿主要是利用低压品闸管进行动态的无功补偿，采用的是电磁拙合的方式实现电网的无功补偿装置，在装置中主要有两个这主要的部分组成，一部分是装置的主电路，包括拙合系统、品闸管投切、补偿电容；一部分为控制系统，即无功补偿的控制器。此种装置的原理如下：曲一先将高电压等级的电压和电流进行转换，通过电压和电流互感器变为低电压和电流，然后再将其输送到控制器进行采样处理，控制器计算出有功功率、无功功率、功率因数等必要的参数，然后根据事先设定的目标值产生投切的控制信号用于驱动装置，在信号的作用下晶闸管投切电容器，在低电压侧产生的电容性无功功率通过电磁拙合系统拙合到高压网络一侧，从而达到对高压侧进行无功补偿的目的。要优化动态无功补偿的装置主要是需要装置具备可靠性高，通常高压侧不需要采用对个品闸管向串联，以此避免因为品闸管串联均压而引发事故，从而使得补偿到达稳定的目标。

三、优化装置的系统设计和功能介绍

1、补偿系统功能

此装置的接通电源后，需要经过一段时间的延时，控制器即开始工作，通过对系统的三相电源、电流的采样，根据采集到的电源电流和电压的值进行计算系统无功功率的参数，并与用户所需要到达的投入门限、投除门限进行比对，在配合系统电压的幅值情况，确定电容器组的投切，此时投切命令会输入到触发电路，触发电路则控制品闸管在电压正向峰值的时候进行投入操作，其原则是保证电压不越限定的条件下，使得变压器从系统中吸收的无功最小，以此对电容组工作操控。同时此装置具备完整现实控制保护的功能，按照需求可显示功率因素、系统电压、电流负载、无功功率等参数，并可以进行实时的在线设置投入、切除的门限，过电压值、欠电压值、延时时间等参数。此无功补偿的装置能够延时可调、过压自动切除、控制和改善电压质量、提高功率因数、降低网络的损耗、消除电压的波动、滤除高次谐波抑制电压的善变、平衡电压等。可以)、泛的应用存配申网络和个业生产中。

2、系统硬件构成

2.1 控制芯片。在此动态控制补偿系统中，采用的是TI公司生产TMS320LF2407作为系统的核心处理器，主要是考虑到动态无功补偿对谐波的测量需要更加的准确。将此款处理器作为控制器是突出其计算的能力，即完成实时的动态化谐波测量和分析。在谐波超出控制量的情况下，就可以停下投切电容，防止更大的事故。此芯片处理速度较快，计算1次64点的FF丁耗时仅为6ms,与谐波分析中的数字滤波和傅里叶变化运算等配合较好，能够完成相应的运算。

2.2 系统信号采集。信号采集是执行投切的重要基础，三相电压和电流信号需要经过信号的处理，输入到 DSP的A/D转换通道上完成采样，并有一路正弦信号经过比较电路完成输出，正弦信号将变为方波信号，通过DSP的定时器测量其两个上升沿的时间距离，即通过测量正弦信号的波形变化来测量电网信号的周期。然后利用采样点数来计算频率，以此保证采样的同步性，消除异步采样所引起的频谱的泄露，保证精确测量。

2.3 投切执行。在以往的机械触头动作速度与工频电压和电流会出现不匹配的状况，在机械投切的时候往往会因为电容器极性而产生涌流，难以到达无功补偿的优化，经常出现补偿过渡的情况。优化后的系统选抒利用品闸管控制投切电容器，其速度可以达到10ms,迅速进行无功补偿，并且可以将合闸的时间控制在各个相电压最高的时候，消除了涌流的出现，因为可以在电流过零的时候切除，防止了过电压的产生。此种控制可以实现频繁的投切而不会对电网产生负向影响，也不会损害电容器。品闸管的触发脉冲是通过专门的触发电路提供，可以严格的控制相序的精确。同时执行单兀设置了触发延时可调功能，可以实现循环投切。

2.4 系统控制的实现。在DSP的辅助h.有一个工频周期可以进行等间隔的采集64个瞬间电压和电流数据，经过DSP计算和处理得出电网的电压、电流、功率因数、无功功率、有功功率、电压、电流、次谐波等多种载荷参数，并存储和显示，从而实现了根据现场的工况来调控整个系统的目标。工作中控制器不断地将电网的检测参数进行采集，并与用户的设定的参数进行比对，并形成投切控制的命令，经由输出环节完成对电容器的准确的投切。将输出的多路控制信号进行分组，从而实现了多路共同补偿和分路控时的补偿，使得系统的补偿更加的灵活。

2.5 显示控制系统。优化系统中采用的是人机交互控制，即利用液品显示测量的结果，并利用键盘输入对整个系统进行控制，液品显示和键盘都与DSP进行连接并完成端日扩展。以此完成对系统的控制，让整个控制过程更加的直观而便于操控。

结束语

在电力系统中，无功功率对整个电网的运行都是必不可少的，适当的无功补偿可以提高电网的功率因数，增加电能的利用效率，改善电网的稳定性能。但传统的无功补偿装置补偿性能差、响应速度慢，难以快速准确的补偿电网的无功功率。本文根据传统的TSC型无功补偿装置进行了改进和完善，增加了滤波和一些保护装置，设计的无功补偿装置能够很好的实现补偿目的。

参考文献

[1]沈冬音.基T-DSC'的动态无功补偿装置的研制[J].科技咨询,2012(17):31-43.

[2]莫海锋.基于DSP的低压动态无功补偿控制器[J].机电工程,2011(16):109-112.

[3]柳翰生.低压无功补偿的应用与效益分析[J].电工技术杂志,2012(05): 313-314.