優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）：基于S320LF2407A DSP芯片的三相三線制電網(wǎng)的負(fù)序和無功補(bǔ)償?shù)脑砗蛙浻布O(shè)計(jì)

1、摘要無功功率是影響電壓穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，它關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于工業(yè)企業(yè)存在大量低功率因數(shù)、沖擊性負(fù)載，導(dǎo)致大量無功的產(chǎn)生;同時(shí)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大功率的電力電子設(shè)備得到廣泛運(yùn)用，然而，由于電力電子設(shè)備的非線性特性，運(yùn)行時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波，因此，如何將無功補(bǔ)償與諧波抑制同時(shí)進(jìn)行考慮，是未來無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題之一。本設(shè)計(jì)介紹了功率理論的發(fā)展，以及常用的無功補(bǔ)償方式的原理和特點(diǎn)，同時(shí)重點(diǎn)介紹了瞬時(shí)無功功率理論以及以此為基礎(chǔ)的tsc無功補(bǔ)償控制器。在硬件方面，本文設(shè)計(jì)了基于lf2407a dsp芯片的tsc控制器、控制器外圍電路及主電路三大模塊。

2、在軟件方面，本文包括數(shù)據(jù)采集軟件、控制投切算法、觸發(fā)控制軟件三部分。其中著重介紹了無沖擊電流投入電容的設(shè)計(jì)思路，得出了一個(gè)好的電路。軟件仿真和樣機(jī)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，這種tsc裝置在提供動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償和減小沖擊涌流方面具有優(yōu)良的性能。 關(guān)鍵詞:晶閘管投切電容器;數(shù)字信號(hào)處理器:無功功率補(bǔ)償;無沖擊涌流投入abstractreactive power is an important factor to the voltage stability, and it is also related to secure and steady operation of the power systems. p

3、lenty of low power factor and fluctuant load in the industrial enterprises cause the generation of a large amount of var. with development of the electric and electronic technology large-power electric and electronic devices which are non-linear and generate a large amount of harmonic during the run

4、ning are widely used in the industries. therefore, how to combine reactive power compensation and harmonic suppressionis one of the important subjects in the future study of the reactive power compensation technology.in this paper, the development of power theory and reactive power compensation equi

5、pment are introduced, and the emphasis is on instantaneous power theory and the tsc controller based on this theory. in this device, three modules are designed in this paper, including the tsc controller based on lf2407a dsp chip, the peripheral circuit and the main circuit. in terms of software, th

6、e data collection software, the calculation method of switch control and the trigger control software are discussed with focus on the design of the turn-on without inrush current.the results of software emulation and measurement of model machine have indicated that this type of tsc provides superior

7、 performance of dynamic reactive power compensation .and decreasing inrush current.key words: tsc; dsp; reactive power compensation; turn-on without inrush current目錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1問題的提出及研究意義11.1.1問題的提出11.1.2研究意義31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀41.3本文研究的目標(biāo)7第2章 無功補(bǔ)償?shù)淖饔眉肮ぷ髟?2.1無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響92.2無功功率補(bǔ)償?shù)脑?02.3無功補(bǔ)償裝置10

8、2.3.1同步調(diào)相機(jī)12.3.2并聯(lián)電容器12.3.3靜止無功補(bǔ)償器svc12.4無功補(bǔ)償裝置的比較10第3章無功補(bǔ)償容量和位置優(yōu)化的計(jì)算133.1電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與補(bǔ)償?shù)拿枋?33.1.1目標(biāo)函數(shù)13.1.2約束條件13.2確定最佳補(bǔ)償容量和位置的等面積法則163.2.1等面積法則13.2.2等面積法則求解過程13.3基于等面積法則的無功優(yōu)化計(jì)算193.3.1配電網(wǎng)線路參數(shù)的計(jì)算13.3.2配電線路長度和無功電流分布的折算13.3.3計(jì)算最佳補(bǔ)償位置13.3.4計(jì)算最佳補(bǔ)償容量1第4章 電網(wǎng)無功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)254.1主控芯片tms320lf2407a254.2 tms320lf2

9、407a控制電路板設(shè)計(jì)274.3外圍電路的設(shè)計(jì)194.3.1電流電壓檢測(cè)電路14.3.1晶閘管觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路14.3.1 a相同步觸發(fā)電路14.4負(fù)載電路選擇194.5輸入與輸出電路19第5章 電網(wǎng)無功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)285.1結(jié)論軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想285.2展望主程序流程295.3結(jié)論中斷子程序流程285.4展望a相正、余弦函數(shù)的產(chǎn)生295.5展望控制投切算法設(shè)計(jì)29第6章 結(jié)論28致謝30參考文獻(xiàn)31附錄33第1章 緒論1.1問題的提出及研究意義1.1.1問題的提出隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活水平的提高，各種類型用電設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)電壓質(zhì)量的要求也越來越高。但是，由于配電網(wǎng)結(jié)

10、構(gòu)、運(yùn)行變化等原因，我國配電網(wǎng)損耗、電壓合格率等技術(shù)指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家相比有較大差距。由于電壓不合格等原因造成用戶電器燒毀的現(xiàn)象仍然存在，而網(wǎng)損過高使得生產(chǎn)的寶貴電能白白浪費(fèi)，并且影響電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。配電網(wǎng)網(wǎng)損率居高不下的原因是多種多樣的，其中負(fù)荷增長過快、配電網(wǎng)不合理是最主要的原因，而人們對(duì)“無功”的認(rèn)識(shí)不如對(duì)有功的認(rèn)識(shí)那樣深刻也是一個(gè)重要原因。在供電系統(tǒng)生產(chǎn)和運(yùn)行中必須認(rèn)識(shí)到，如何用好有限的電力和生產(chǎn)電力是同等重要的。在我國現(xiàn)有l(wèi)0kv配電網(wǎng)中，并聯(lián)補(bǔ)償電容器是主要的無功補(bǔ)償設(shè)備，無功補(bǔ)償方式多為集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合。以前供電部門無功補(bǔ)償管理出發(fā)點(diǎn)主要放在用戶側(cè)，比較重視和注

11、意補(bǔ)償用戶負(fù)荷的功率因數(shù)，而不是立足于降低整個(gè)電網(wǎng)的損耗。例如，為提高某電力用戶負(fù)荷的功率因數(shù)，則安裝或增設(shè)一臺(tái)補(bǔ)償裝置，這固然會(huì)對(duì)降損有所幫助，但是如果要實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效的降損，還需要通過計(jì)算無功潮流，確定電網(wǎng)各點(diǎn)的最優(yōu)補(bǔ)償量、補(bǔ)償方式，才能發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)淖畲笮б妗Ｅ潆娋W(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)簡稱配電自動(dòng)化，是對(duì)配電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個(gè)集成系統(tǒng)，它是近些年來發(fā)展起來的新技術(shù)領(lǐng)域，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)在配電網(wǎng)監(jiān)視與控制上的應(yīng)用。配電自動(dòng)化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，

12、改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價(jià)格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。按照系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)，配電自動(dòng)化可分為配電管理系統(tǒng)(dnis主站)、變電站自動(dòng)化、饋電線路自動(dòng)化、用戶自動(dòng)化等四個(gè)層次的內(nèi)容。饋電線路自動(dòng)化由于投資規(guī)模大，技術(shù)上最近才有較大的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)國家未來電力規(guī)劃的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。饋線自動(dòng)化主要完成饋電線路的監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。其主要功能有：運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)方控制和就地自主控制、故障區(qū)隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)移及恢復(fù)供電、無功補(bǔ)償和調(diào)壓等。電壓/無功優(yōu)化控制是饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，其內(nèi)容是指針對(duì)每一運(yùn)行方式(實(shí)時(shí)方式和研究方

13、式)調(diào)整無功電源、電容器和變壓器抽頭，在保持各母線電壓合格條件下盡可能降低網(wǎng)損。作為計(jì)劃它能完成一天(或一周)的電壓/無功調(diào)度曲線，同時(shí)盡量減少電容器和斷路器的頻繁投切；取實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式，提出解除電壓越限和降低網(wǎng)損方案，供調(diào)度員參考和進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓/無功控制。饋線級(jí)分布電容的就地補(bǔ)償和變電站電壓無功的綜合優(yōu)化是用自動(dòng)化來降低網(wǎng)損、改善供電質(zhì)量和提高供電能力的有力措施。1.1.2研究意義現(xiàn)階段，我國正在進(jìn)行大規(guī)模的配電網(wǎng)改造。部分地區(qū)城網(wǎng)改造己經(jīng)基本完成，農(nóng)網(wǎng)改造正在大規(guī)模的進(jìn)行著。配網(wǎng)自動(dòng)化項(xiàng)目、無功補(bǔ)償項(xiàng)目正在逐步成為城區(qū)、郊區(qū)供電局重點(diǎn)關(guān)注和準(zhǔn)備實(shí)踐的項(xiàng)目。根據(jù)這種情況和考慮供配電系統(tǒng)實(shí)際

14、需要，本文提出研究配電自動(dòng)化無功優(yōu)化和控制方法，因?yàn)樵谂渚W(wǎng)自動(dòng)化實(shí)施過程中，如果能將無功優(yōu)化、控制考慮在內(nèi)，對(duì)降低線損、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有非常重要的意義。我國電力工業(yè)向來比較重視有功負(fù)荷、有功電量，輕視無功負(fù)荷和無功電量。但最近的一些信息表明，無功問題已經(jīng)受到很大的重視。這是因?yàn)椋?、無功補(bǔ)償有著巨大的效益無功補(bǔ)償技術(shù)適用于電力系統(tǒng)及各行業(yè)用電單位。對(duì)于電力系統(tǒng)，通過采用無功補(bǔ)償技術(shù)可以降低線損，提高末端電壓，保證供電質(zhì)量對(duì)于用電企業(yè)，較大功率的用電設(shè)備，采用就地補(bǔ)償裝置可以取得同樣的節(jié)能效果。電力部門在近年來進(jìn)行的城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)改造中也強(qiáng)調(diào)無功的就地補(bǔ)償。無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)可以為企業(yè)帶來良

15、好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，電力系統(tǒng)和用電企業(yè)若采用此技術(shù)，將獲得良好的收益。由于無功負(fù)荷大，功率因數(shù)偏低會(huì)造成大量有功電能損耗，多消耗無功就會(huì)相應(yīng)地多消耗有功。無功負(fù)荷大，功率因數(shù)偏低，如果不能就地補(bǔ)償，就使配電、輸電和發(fā)電設(shè)施不能充分發(fā)揮作用，降低發(fā)、輸電的能力，損失較大，值得注意。2、居民生活和樓宇無功負(fù)荷急劇增長居民生活和樓宇用電，在五、六十年代僅僅是指照明用電，而且照明燈具基本上都是白熾燈，功率因數(shù)接近。但自改革開放以來，在照明用電上推廣熒光燈和節(jié)能燈，這些燈具的功率因數(shù)僅0.6；特別嚴(yán)重的是家用電器迅速普及，絕大多數(shù)家用電器的功率因數(shù)一般在0.7左右；只有電熱水器屬于電阻負(fù)荷，功率因數(shù)

16、比較高。節(jié)能燈雖然可以節(jié)約有功電力和電量，但節(jié)能燈消耗了大量無功電力和無功電量，在推廣節(jié)能燈時(shí)，只講節(jié)約有功，不講多消耗無功，不采取補(bǔ)償措施是不妥當(dāng)?shù)?。由于居民生活和樓宇用電中大量使用家用電器，用電量的比重急劇增長，僅居民生活用電占總用電量的比重己經(jīng)達(dá)到，如果包括商業(yè)、賓館、寫字樓等樓宇用電，估計(jì)用電比重可達(dá)30%左右。這么大的用電量的功率因數(shù)嚴(yán)重偏低，對(duì)電力部門的經(jīng)濟(jì)影響是很大的。我國目前農(nóng)村居民的家用電器的普及率還不高，隨著農(nóng)村電氣化水平的提高，居民生活和樓宇的用電量還會(huì)有很大提高。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家居民生活用電的比重可達(dá)30%-40%，加上樓宇用電可以超過，我國也必將朝著這個(gè)方向發(fā)展，我

17、國應(yīng)當(dāng)重視居民生活和樓宇的無功用電問題。3、重視無功負(fù)荷問題提倡無功就地補(bǔ)償國家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能信息中心告訴我們，無功也是一種資源，進(jìn)行無功補(bǔ)償可以達(dá)到節(jié)能，降低視在功率，提高電壓合格率，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國電力工業(yè)正在由粗放的數(shù)量型向集約的質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，重視無功負(fù)荷問題。提倡無功就地補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)成為這個(gè)轉(zhuǎn)變的重要內(nèi)容之一來考慮。這可以從以下兩方面來說明：(1) 要建立起無功也是資源，要像節(jié)約有功一樣來節(jié)約無功的觀念。要向用戶宣傳節(jié)約無功的重要意義，自覺進(jìn)行無功補(bǔ)償要提高供電企業(yè)職工對(duì)無功的認(rèn)識(shí)，要像節(jié)約有功一樣來注意節(jié)約無功，要像重視有功電能表的校驗(yàn)一樣來重視無功計(jì)量裝置的校驗(yàn)工作。電力部門要重新研

18、究無功計(jì)價(jià)問題，是繼續(xù)采用功率因數(shù)獎(jiǎng)懲辦法，還是采取其他計(jì)價(jià)措施。(2) 要修訂家用電器的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。感性負(fù)荷的家用電器不僅要有節(jié)約有功的標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)當(dāng)有節(jié)約無功的標(biāo)準(zhǔn)，或者對(duì)各類家用電器的功率因數(shù)作出規(guī)定，要求家用電器制造商對(duì)各種家用電器的無功負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀降低網(wǎng)損是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)主要目標(biāo)，降低網(wǎng)損主要依靠一次系統(tǒng)合理的規(guī)劃和運(yùn)行，但通過一、二次系統(tǒng)的有效配合，即通過自動(dòng)化還可使網(wǎng)損進(jìn)一步降低。據(jù)國外文獻(xiàn)報(bào)道，配電網(wǎng)網(wǎng)損約占整個(gè)電網(wǎng)能量輸出的5%，通過自動(dòng)化可在此基礎(chǔ)上再減少10%(即整個(gè)配網(wǎng)的0.5%)。因此，在我國配網(wǎng)網(wǎng)損較高的情況下，自動(dòng)化更應(yīng)有所作為。目前，國外已

19、經(jīng)開始使用一些新型、快速的無功優(yōu)化設(shè)備。例如，靜態(tài)電容器(static condenser statcom)或靜態(tài)補(bǔ)償器(static compensatory statcom)是快速響應(yīng)的固態(tài)電力控制器，它能向4.1669kv配電饋線連接處提供靈活的電壓控制以改進(jìn)電力質(zhì)量；同時(shí)也是一個(gè)交流同期電壓源，通過一個(gè)聯(lián)絡(luò)電抗和配電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，并能用改變電壓源的幅值和相角的方法和配電系統(tǒng)交換無功和有功功率，其結(jié)果就可通過以statcom和配電線之間的聯(lián)絡(luò)電抗來控制電流。這樣可調(diào)節(jié)無功電流和抑制電壓波動(dòng)。statcom是通過一個(gè)先進(jìn)電力半導(dǎo)體裝置組成的固態(tài)的直流到交流的變流器來實(shí)現(xiàn)的。它能有效地替代配電

20、系統(tǒng)采用常規(guī)電壓和無功控制組件、有載分接開關(guān)、電壓調(diào)整器和自動(dòng)投切電容器。一臺(tái)多功能的statcom包括的功能有電壓控制、動(dòng)態(tài)濾波、低損控制無功和有功功率。在國內(nèi)，國家電力公司對(duì)城網(wǎng)建設(shè)改造所提出了明確目標(biāo)：電壓合格率提高到98%。而要達(dá)到和實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不采用新技術(shù)手段和自動(dòng)化手段難以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槲覈蟛糠种小⒌蛪号潆娋W(wǎng)設(shè)備陳舊，配電變壓器一般是不采用有載調(diào)壓，sz型有載調(diào)壓變壓器使用中不安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所以實(shí)際上也是不能調(diào)整的。因此，目前使用分布式的電容器方式進(jìn)行無功補(bǔ)償仍是占十分重要的地位。我國配電網(wǎng)專用變壓器普遍安裝有變壓器總?cè)萘?0%左右的電容器，并且可以根據(jù)負(fù)荷的大小逐步投切，公用變壓

21、器是通過變電站的電容器提供無功功率。配電系統(tǒng)及配電設(shè)備的分布量大、面廣，配電自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及的費(fèi)用大部分為可遙控操作的開關(guān)設(shè)備的費(fèi)用，以及控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的費(fèi)用。在控制及通信方面，中壓配網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及通訊系統(tǒng)的投入遠(yuǎn)比控制系統(tǒng)本身高得多，這使配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)很難在一個(gè)區(qū)供電局所管轄的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)同時(shí)全面鋪開，只能先對(duì)個(gè)別局部線路進(jìn)行配電自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)性運(yùn)行，然后再逐步全面推廣。對(duì)配網(wǎng)無功優(yōu)化大部分廠家所提供的是對(duì)每臺(tái)公用變壓器進(jìn)行就地補(bǔ)償?shù)姆桨?，即?duì)每臺(tái)變壓器安裝無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)器和一組電容器。這種方案對(duì)于公用變壓器比較多的網(wǎng)絡(luò)，投資成本很大。1.3本文研究的目標(biāo)(1)本文提出的負(fù)序和

22、無功的綜合補(bǔ)償方法,比單獨(dú)無功功率補(bǔ)償方法效果更好; (2)現(xiàn)在大多數(shù)控制器是把需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率作為控制信號(hào),本文通過計(jì)算直接得到需要補(bǔ)償?shù)睦硐胙a(bǔ)償導(dǎo)納,并以此為基準(zhǔn)對(duì)靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制,更加方便快捷;(3)采用tms320lf2407a dsp芯片設(shè)計(jì)的數(shù)字化控制器,很好地解決了復(fù)雜控制計(jì)算及快速響應(yīng)速度這一難題。第2章 無功補(bǔ)償在電力系統(tǒng)中作用及工作原理電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行研究的一個(gè)重要組成部分。電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)向電力用戶提供電能質(zhì)量的優(yōu)劣，而且還直接影響電網(wǎng)的自身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。合理的無功補(bǔ)償點(diǎn)的確定以及補(bǔ)償容量的確定，能夠

23、有效的維持系統(tǒng)的電壓水平，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，避免大量無功的遠(yuǎn)距離傳輸，從而降低了電網(wǎng)的有功網(wǎng)損，減少發(fā)電費(fèi)用。為了改善和提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，充分發(fā)揮電力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益，減少網(wǎng)絡(luò)的功率損耗和電能損耗，一方面應(yīng)在用戶側(cè)采取措施提高負(fù)荷功率因數(shù)，另一方面還應(yīng)在電力系統(tǒng)的各變電站中合理配置無功補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓裝置，使無功負(fù)荷得到就地補(bǔ)償，系統(tǒng)無功達(dá)到分區(qū)分電壓等級(jí)平衡狀態(tài)。因此，要做好無功電源規(guī)劃建設(shè)、加強(qiáng)無功控制和電壓管理，進(jìn)行合理的無功調(diào)度。2.1無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響電能在電網(wǎng)中的傳輸可以理解為功率潮流的流動(dòng)。功率潮流可分為有功潮流和無功潮流兩種。大量無功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的損

24、耗，也影響電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量與穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。為了保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)盡可能地減少和避免不必要的無功潮流在電網(wǎng)中的流動(dòng)，優(yōu)化系統(tǒng)無功潮流的分布，隨時(shí)隨地維持無功功率的平衡。所謂電力系統(tǒng)的無功功率平衡就是指電網(wǎng)運(yùn)行的每一時(shí)刻，所有無功電源發(fā)出的無功功率要與所有負(fù)荷消耗的無功功率和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)上的無功功率損耗相等。系統(tǒng)中的無功電源包括同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、靜止無功補(bǔ)償設(shè)備等；系統(tǒng)中的無功損耗主要是指線路、變壓器、電氣設(shè)備中的無功損耗。從整個(gè)電力系統(tǒng)來講，只有具備足夠的無功電源來滿足負(fù)荷對(duì)無功功率的需求和系統(tǒng)的無功損耗才能維持整個(gè)系統(tǒng)的電壓水平。如果系

25、統(tǒng)的無功電源不足，則會(huì)使系統(tǒng)處于較低電壓水平上的無功功率平衡；反之，如果系統(tǒng)因?yàn)槿狈φ{(diào)節(jié)手段而使某段時(shí)間內(nèi)的無功功率過剩，就會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對(duì)電力的需求日益增長，同時(shí)對(duì)供電可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求。由于負(fù)荷的不斷增長、電源的大幅增加和電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，可能造成系統(tǒng)的無功潮流分布不盡合理及局部地區(qū)的無功嚴(yán)重不足、電壓水平普遍較低的情況。隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。當(dāng)系統(tǒng)受到較大干擾時(shí)，也可能在電壓穩(wěn)定比較薄弱的環(huán)節(jié)導(dǎo)致電壓崩潰。工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的大部分負(fù)荷都是阻感負(fù)載，如：交流電動(dòng)機(jī)、變壓器、架空線、電抗器、非線性負(fù)載等等。在這些

26、阻感性負(fù)載工作時(shí)就會(huì)和電網(wǎng)交換大量的無功功率。無功功率對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要有以下幾方面：1、增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗無功潮流在電網(wǎng)中流動(dòng)會(huì)使線路發(fā)熱、加速老化、絕緣降低，增加設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的損耗。對(duì)于供電部門，網(wǎng)絡(luò)的損耗會(huì)增加其供電成本，給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來隱患。對(duì)于用電單位，無功造成較低的功率因數(shù)會(huì)提高用電成本，引起終端電壓的波動(dòng)，降低了用電的穩(wěn)定性和可靠性。2、降低設(shè)備的有效容量由于電氣設(shè)備的視在功率是一定的，無功功率的輸送占用了設(shè)備、線路的有效容量，從而降低了設(shè)備的使用效率。對(duì)于供電部門來說，造成了輸電、供電能力的損失；對(duì)于用電單位來講，造成了投資和資源的浪費(fèi)。3、影響電壓穩(wěn)定水平負(fù)荷點(diǎn)的電壓水平

27、與無功功率平衡密切相關(guān)。如果系統(tǒng)不能向負(fù)荷提供足夠的無功功率，負(fù)荷的端電壓就會(huì)下降。快速變化的無功負(fù)荷還會(huì)造成電壓的劇烈波動(dòng)，使得系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定遭到破壞。4、對(duì)發(fā)電機(jī)的不利影響發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)的有功電源，同時(shí)也是主要的無功電源。當(dāng)無功負(fù)荷變化時(shí)，如果系統(tǒng)中其它無功電源不足以維持整個(gè)系統(tǒng)的無功功率平衡，就需要發(fā)電機(jī)改變其運(yùn)行狀態(tài)來參與無功功率的調(diào)節(jié)。由于原動(dòng)機(jī)的效率是按有功功率來衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，一旦發(fā)電機(jī)偏離額定工作狀態(tài)，無論是提高功率因數(shù)多發(fā)出有功、還是降低功率因數(shù)多發(fā)出無功，均會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的降低，不能使發(fā)電機(jī)得到充分的利用。2.2無功功率補(bǔ)償?shù)脑砼潆娋W(wǎng)絡(luò)中感性負(fù)荷較多

28、。從電工學(xué)中我們知道，感性無功功率的電流相位滯后于電壓相位，而容性無功功率的電流相位則超前電壓相位。故常用容性無功功率補(bǔ)償感性無功功率，以減少電網(wǎng)無功負(fù)荷，也就是所謂的電動(dòng)機(jī)、變壓器吸收無功電流而并聯(lián)電容器“發(fā)出”無功電流的原因， 即并聯(lián)補(bǔ)償?shù)脑怼ｋ娙輳碾娋W(wǎng)吸收的無功功率是超前電流引起的，電感電路從電網(wǎng)吸收的無功功率是滯后電流引起的。由于超前電流與滯后電流的互補(bǔ)作用，也就是電容性負(fù)荷的無功功率補(bǔ)償了電感性負(fù)荷的無功功率。當(dāng)電網(wǎng)容量一定時(shí)，使無功功率減少，從而達(dá)到了提高功率因數(shù)的目的。電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷是電感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無功功率，例如，感性電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率約占其總功率

29、的60-70%，變壓器約占其總功率的20-25%，而空載運(yùn)行時(shí)，變壓器的功率因數(shù)只占有0.01左右，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只有0.1-0.2左右。如果感性負(fù)荷所需的無功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑?，?shì)必由發(fā)電機(jī)來供給，即電器設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。大量的無功電流在負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的消耗，降低電源的功率因數(shù)。因此，一般需要增設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源的功率因數(shù)。并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償原理分析如下。假設(shè)電氣負(fù)荷是電阻和電感組成的并聯(lián)或串聯(lián)電路，對(duì)、電路進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，就需要對(duì)電路并接入容抗為的無功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)無功補(bǔ)償?shù)牡戎惦娐啡鐖D2-1所示。圖2-1 并聯(lián)補(bǔ)償?shù)牡戎惦?/p>

30、路圖在圖2-1所示的電路中，電流方程為： (2-6)由可知，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置不投入時(shí)，即不對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，那么電源即要向負(fù)荷提供有功電流，還要提供無功電流，電源向負(fù)荷提供的總電流人，當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，即對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，那么電源在向負(fù)荷提供有功電流的同時(shí)，提供無功電流為，電源向負(fù)荷提供的總電流，特別是當(dāng)時(shí)，電源不需要向負(fù)荷提供無功電流，功率因數(shù)等于1。一般情況下，這時(shí)可能的情況有兩種：當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較小，時(shí)，負(fù)荷中的感性無功電流沒有被完全補(bǔ)償，這時(shí)電源的滯后，這種補(bǔ)償稱為欠補(bǔ)償；當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置的容抗較大，會(huì)出現(xiàn)的情況這時(shí)負(fù)荷中的感性無功電流被完全補(bǔ)償之后還有剩余容性電流，

31、電源的超前，這種補(bǔ)償稱為過補(bǔ)償。對(duì)、串聯(lián)的負(fù)荷進(jìn)行無功功率補(bǔ)償?shù)碾娐啡鐖D2-1(b)所示。當(dāng)并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置沒有投入時(shí)，支路的電流有效值為： (2-7)支路的電抗為： (2-8)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (2-9)當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置投入時(shí)，支路的電流保持不變，并聯(lián)補(bǔ)償裝置支路的電流有效值為： (2-10)補(bǔ)償裝置支路的電抗為： (2-11)這時(shí)，電源輸出的電流等于支路吸收的電流，電源的功率因數(shù)為： (2-12)由式(2-12)可知，投入并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電源的功率因數(shù)將增大，特別是當(dāng)時(shí)，電源的功率因數(shù)為1。顯然，當(dāng)時(shí)，欠補(bǔ)償；當(dāng)時(shí)，過補(bǔ)償。2.3無功補(bǔ)償裝置電力網(wǎng)中

32、的無功補(bǔ)償設(shè)備有很多，同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及靜止無功發(fā)生器都可以用來補(bǔ)償無功或作為無功電源15。機(jī)械式投切的并聯(lián)電抗器和晶閘管可投切并聯(lián)電容器是目前我國常用的無功調(diào)節(jié)設(shè)備，這些靜止型調(diào)壓設(shè)備無功調(diào)節(jié)不連續(xù)，并且響應(yīng)速度慢(秒級(jí))，很難適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的快速變化。靜止無功補(bǔ)償器和靜止無功發(fā)生器是20世紀(jì)70年代以來出現(xiàn)的先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍寬，完全可以達(dá)到動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)男枰柰顿Y較大。2.3.1同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是不帶機(jī)械負(fù)荷、空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。它從電網(wǎng)中吸取少量有功功率供給運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損耗和銅鐵等損耗。同步調(diào)相機(jī)有過激磁和欠激磁兩種運(yùn)行方式

33、過激磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供感性無功功率，為無功電源，這是一種經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài)欠激磁運(yùn)行時(shí)，則從系統(tǒng)吸收感性無功功率，成為無功負(fù)荷，這是在系統(tǒng)負(fù)荷較輕，無功功率過剩，電壓過高時(shí)的特殊運(yùn)行狀態(tài)。只要改變同步調(diào)相機(jī)的勵(lì)磁，就可以平滑地改變它的無功功率地大小及方向，因而可以平滑地改變所在地區(qū)的電壓。自20世紀(jì)2、30年代以來的幾十年中，同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中作為有源的無功補(bǔ)償曾一度發(fā)揮著主要作用，所以被稱為傳統(tǒng)的無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。然而，由于它是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，運(yùn)行中的損耗和噪聲都比較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，而且響應(yīng)速度慢，難以滿足快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊蟆５捎谄渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)，即在系統(tǒng)電壓降低時(shí)，靠維持或提高本身的無功處理能

34、力，可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支撐，所以至今仍在高壓輸電系統(tǒng)中發(fā)揮作重要作用。另一方面其體積大、噪音高、維護(hù)不方便、造價(jià)高等原因，目前在中、低壓輸電區(qū)域，大部分己被并聯(lián)電容器組所取代。2.3.2并聯(lián)電容器設(shè)置無功補(bǔ)償電容器是補(bǔ)償無功功率的傳統(tǒng)方法，目前在國內(nèi)外均獲廣泛應(yīng)用。并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率的方式按其安裝的位置不同，通常有三種：1、 變電站集中補(bǔ)償方式；2、 用戶集中補(bǔ)償方式；3、 用戶終端分散補(bǔ)償方式。電容器與網(wǎng)絡(luò)感性負(fù)荷并聯(lián)，以并聯(lián)電容器補(bǔ)償無功功率具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其阻抗是固定的，故不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的連續(xù)無級(jí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。2.3.3靜止無功補(bǔ)償

35、器svc20世紀(jì)70年代以來，同步調(diào)相機(jī)開始逐漸被靜止型無功補(bǔ)償裝置(static var compensatorsvc)所取代，目前有些國家己很少使用同步調(diào)相機(jī)。早期的靜止無功補(bǔ)償裝置是飽和電抗器(saturated reactorsr)型的，1967年英國gec公司制成了世界上第一批該型無功補(bǔ)償裝置 1617 。電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，將晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置推上了無功補(bǔ)償?shù)奈枧_(tái)。1977年美國ge公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中演示運(yùn)行了晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置。1978年此類裝置投入實(shí)際運(yùn)行。隨后，世界各大電氣公司都竟相推出了各具特色的系列產(chǎn)品。近10多年來，占據(jù)了靜止無功

36、補(bǔ)償裝置的主導(dǎo)地位。于是靜止無功補(bǔ)償裝置(svc)成了專指使用晶閘管的靜止無功補(bǔ)償裝置，包括晶閘管控制電抗器(thyristor controlled reactor-tcr)和晶閘管投切電容器(thyistor switched capacitor-fc)，以及這兩者的混合裝置(tcr+tsc)，或者tcr與固定電容器(fixed capacitor-fc)或機(jī)械投切電容器(mechanically switched capacitor-msc)合使用的裝置(即tcr+fc.tcr+msc)等。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，20世紀(jì)80年代以來，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是

37、采用自換相變流電路的無功補(bǔ)償，有人稱為靜止無功發(fā)生器(static var generator-svg)，也有人稱其為高級(jí)靜止無功補(bǔ)償器(advanced static var compensator-asvc)或靜止調(diào)相器(static condenserstatcon)。最近，日本和美國己分別有數(shù)臺(tái)裝置投入實(shí)際運(yùn)行4。早期的無功補(bǔ)償裝置主要是無源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或電抗器。這些補(bǔ)償措施改變了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，特別是改變了波阻抗、電氣距離和系統(tǒng)母線上的輸入阻抗，無源裝置使用機(jī)械開關(guān)，它不具備快速性、連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。sv

38、c補(bǔ)償裝置可以看成是電納值能調(diào)節(jié)的無功元件，它依靠電力電子器件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)。裝置作為系統(tǒng)補(bǔ)償時(shí)連續(xù)體調(diào)節(jié)并與系統(tǒng)進(jìn)行無功功率交換，同時(shí)還具有較快的響應(yīng)速度，它能夠維持端電壓恒定。2.4無功補(bǔ)償裝置的比較表2-1為各種補(bǔ)償裝置的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，表中指出了幾種補(bǔ)償裝置的應(yīng)用場所，對(duì)農(nóng)電網(wǎng)的來說，由于其負(fù)荷比較分散,單處所需補(bǔ)償容量相對(duì)較小，故總的原則應(yīng)該是以電容器為主。因其具有設(shè)備簡單,容量大小組合靈活，安裝和維護(hù)方便,本身損耗低，單位投資省等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而在電力網(wǎng)(特別是農(nóng)電網(wǎng))的無功補(bǔ)償中得到了廣泛的應(yīng)用5。表2-1 各種補(bǔ)償裝置的比較補(bǔ)償裝置應(yīng)用場所主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)并聯(lián)電容器變電所及用戶

39、安裝地點(diǎn)靈活，可分散也可集中安裝；容量可任意選擇；結(jié)構(gòu)簡單,投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)，容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制；功耗小調(diào)節(jié)容量階梯形變化，不連續(xù)；補(bǔ)償容量隨電壓變化而變化；對(duì)諧波有放大作用；投切時(shí)有沖擊電流；補(bǔ)償母線附近發(fā)生短路電流是助長沖擊電流并聯(lián)電抗器高、中壓變電所及線路中點(diǎn)吸收線路容性無功，結(jié)構(gòu)簡單，投資省，運(yùn)行維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)容量固定，分組投切時(shí)，調(diào)節(jié)容量階梯性變化，不平滑靜止補(bǔ)償器高、中壓變電所能升高或降低電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，性能好，響應(yīng)速度快，僅有5-10ms產(chǎn)生諧波，投資大調(diào)相機(jī)大型變電所及大用戶可連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)電壓，諧波少投資大，旋轉(zhuǎn)裝置維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度較慢第3章 無功補(bǔ)償容量和位

40、置優(yōu)化的計(jì)算在電力市場條件下，供電電壓質(zhì)量是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，而供電質(zhì)量的好壞主要取決于電力系統(tǒng)無功潮流分布是否合理。對(duì)電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對(duì)無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償，是維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段，同時(shí)還可以降低有功和無功網(wǎng)損，使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。電力系統(tǒng)無功優(yōu)化是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。武功優(yōu)化能使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性很好的結(jié)合在一起。3.1電力系統(tǒng)無功優(yōu)化與補(bǔ)償?shù)拿枋?.1.1目標(biāo)函數(shù)在傳統(tǒng)運(yùn)行條件下，電力系統(tǒng)無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型要反映網(wǎng)無功優(yōu)化的目標(biāo)和要求，既要考慮有

41、功網(wǎng)絡(luò)損耗最小，又必須考慮到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量，同時(shí)還要兼顧無功補(bǔ)償設(shè)備的投切組數(shù)的合理。因此其目標(biāo)函數(shù)一般確定為2： (3-1)式中：為配電網(wǎng)全部節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；為配電網(wǎng)無功補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；為配電網(wǎng)線路上的總的有功功率損耗；、分別為節(jié)點(diǎn)、之間的電導(dǎo)、電納、相位角；、分別為第、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行電壓；為投入的電容器組數(shù)；為全部負(fù)荷點(diǎn)電壓越限罰函數(shù)的懲罰因子；為線路誘供損耗的加權(quán)系數(shù)；為電容器投入罰系數(shù)。在 (3-1)中的節(jié)點(diǎn)電壓按下式計(jì)算： (3-2)3.1.2約束條件(1) 無功功率平衡方程： (3-3)式中：為補(bǔ)償點(diǎn)總數(shù)；為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)可投入電容器組的單組容量；為補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的可投入電容器組數(shù)；為配電網(wǎng)中的總無功功率

42、損耗；為負(fù)荷消耗的無功功率；為配電網(wǎng)中總的無功電源出力。(2) 不等式的約束條件： (3-4)式中：為配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓；為各補(bǔ)償點(diǎn)可投切電容器組數(shù)；為有載調(diào)壓變壓器檔位。由此可見，電力系統(tǒng)無功優(yōu)化問題是一個(gè)多目標(biāo)、多變量、多約束的混合非線性規(guī)劃問題，其優(yōu)化變量既有連續(xù)變量（如節(jié)點(diǎn)電壓）又有離散變量（如變壓器調(diào)壓檔位、無功補(bǔ)償裝置組數(shù)等），使得整個(gè)優(yōu)化過程十分復(fù)雜，特別是優(yōu)化過程中離散變量的處理更增加了優(yōu)化問題的難度。3.2確定最佳補(bǔ)償容量和位置的等面積法則3.2.1等面積法則如果裝設(shè)電容器的費(fèi)用略而不計(jì)，即令； 如果裝設(shè)電容器的費(fèi)用略而不計(jì)，為使總節(jié)約值最大，裝設(shè)己知位置的最佳電容電流將由下式

43、給出： (3-5)其中： (3-6)即為折合后等效均勻配電線路中線段中無功電流的平均值。該定理可以改寫為下述形式： (3-7)3.2.2等面積法則求解過程為了確定電容器的最佳位置和最佳容量，其步驟是交替使用確定最佳位置定理和最佳容量定理，以等面積法則來制約它們之間的關(guān)系。 這種方法的基本程序是：從任選處開始，確定，然后引用等面積法確定，依次重復(fù)列推，直至求得，。當(dāng)?shù)谝淮沃貜?fù)步驟求出，則可檢驗(yàn)出其在線段上是否滿足等面積法則。如果滿足，則得到的解便為最佳值，如果不滿足，則應(yīng)調(diào)整，并再次重復(fù)整套過程。下面以三組電容器為例說明它的應(yīng)用配電線路的無功負(fù)荷分布如圖(3-1)。第一步：選擇；第二步：按照確定

44、最佳補(bǔ)償位置定理確定，使選用在這個(gè)意義上是最佳的，有： (3-8)則： (3-9)第三步：按著最佳補(bǔ)償容量定理來確定，使前邊選擇的和所得的是最佳的，即在線段上滿足等面積法則。其過程是：(1) 按下式確定點(diǎn) (3-10)(2) 過點(diǎn)畫點(diǎn)線i與原始負(fù)荷曲線f(x)平行；(3) 找點(diǎn)，使。第四步：向第二步那樣，確定，使其滿足： (3-11)第五步：如同第三步，按下述方法確定：(1)按下述方法確定點(diǎn) (3-12)(2)過點(diǎn)畫點(diǎn)線平行于f(x)；(3)找點(diǎn)，使。第六步：如同第二步和第四步，確定，使其滿足： (3-13)第七步：不需要再確定另外的位置，只需應(yīng)用等面積法則對(duì)前邊求得的解, ,，進(jìn)行檢驗(yàn)，看其

45、是否為最佳解。其過程如下：(1) 確定點(diǎn)；(2) 畫曲線與f(x)平行，便確定了；(3) 存在三種可能性：其一：如果，等面積法則的到了滿足，則所確定的位置， ，和容量，是最佳的； 其二：如果，回到第一步，選擇新的權(quán)值，并較前一次八稍微靠近變電站，重復(fù)其余各步；其三：如果，回到第一步，選擇新的值，并較前一次稍微遠(yuǎn)離變電站，重復(fù)其余各步。3.3基于等面積法則的無功優(yōu)化計(jì)算3.3.1配電網(wǎng)線路參數(shù)的計(jì)算對(duì)上述實(shí)際配電線路所進(jìn)行的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的需要，折算到標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算需要，=100mva，=10.5kv。根據(jù)文獻(xiàn)6中所述計(jì)算方法對(duì)導(dǎo)線的電阻進(jìn)行計(jì)算。1、導(dǎo)線電阻的計(jì)算(1) 直流導(dǎo)線電阻

46、： (3-14)電阻率： (3-15)上式中：線路長度，； 導(dǎo)線截面，； 絞入系數(shù)，單股導(dǎo)線為1，多股導(dǎo)線為1.02； 導(dǎo)線溫度為20時(shí)的電阻率，鋁線芯0.0282， 銅線芯為0.0172； 導(dǎo)線溫度為時(shí)的電阻率，； 電阻溫度系數(shù)，銅和鋁都取0.004； 導(dǎo)線實(shí)際工作溫度，；(2) 交流導(dǎo)線電阻： (3-16) (3-17) (3-18)導(dǎo)線的可用上式計(jì)算(當(dāng)頻率為50、芯線截面不超過240時(shí)，均為1)；式中： 導(dǎo)線溫度為時(shí)的直流電阻，； 臨近效應(yīng)系數(shù)； 導(dǎo)線溫度為時(shí)的電阻率，； 線芯半徑，cm； 電流透入深度，cm； 相對(duì)磁導(dǎo)率，對(duì)于有色金屬導(dǎo)線為1； 頻率，。2、導(dǎo)線電抗的計(jì)算配電工程中，

47、架空線的各相導(dǎo)線一般不換位，為簡化計(jì)算，假設(shè)各相電抗相等。另外，線路容抗常可忽略不記，因此，導(dǎo)線電抗實(shí)際上是感抗值。電線、母線和電纜的感抗按下式計(jì)算： (3-19)式中： 線路每相單位長度的感抗，/；頻率，；電線、母線或電纜每相單位長度的電感量，；其中： (3-20) 式中： 幾何均距，；電線或圓形芯電纜主線芯的半徑，；電線或圓形芯電纜主線芯的直徑，；線芯自幾何均距或等效半徑，；當(dāng)時(shí)，式(3-41)可簡化為： (3-21)3.3.2配電線路長度和無功電流分布的折算等面積法不受負(fù)荷分布情況的限制，并能使線損的下降值最大，并能使線損的下降值最大，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，而且方法具有良好的通用性。因此

48、，我使用等面積法則來優(yōu)化無功補(bǔ)償?shù)娜萘亢脱a(bǔ)償位置。1、配電線路長度的折算在實(shí)際的配電網(wǎng)中，不論無功負(fù)荷的分布還是配電線路本身都是不均勻的，本文作者使用現(xiàn)實(shí)存在的模型進(jìn)行簡化。為了簡化推導(dǎo)，把實(shí)際配電線路長度折合為均勻的等效線路，其等效方法如下： (1) 設(shè)實(shí)際配電線路為段，選擇第段電阻，作為等效線路每公里的電阻，將第段的實(shí)際長度做如下變換： (3-22)式中：第段等效均勻線路長度。 (2) 等效均勻線路的總長度由下式確定： (3-23)用線路的等效均勻總長度除每段等效長度便可得到各段的折算等效均勻長度，即： (3-24)而均勻線路的電阻值為： (3-25)通過這種方法把具有不同型號(hào)的實(shí)際導(dǎo)線上

49、的均勻負(fù)荷換算成等效線路上的不均勻負(fù)荷。2、無功電流分布的換算對(duì)于三相不均勻分布的無功負(fù)荷，我們對(duì)換算后電流密度和折算后的等效線路上的無功電流是用下述方法定義的： (3-26) , (3-27)式中： 變電所輸出的峰值無功電流； 折算等效均勻線路自首端起算的距離；點(diǎn)無功電流。3.3.3計(jì)算最佳補(bǔ)償位置最佳補(bǔ)償位置公式為： (3-28)由于最佳補(bǔ)償位置是由計(jì)算開始前，假設(shè)形成的，因此使用： (3-29)來確定最佳補(bǔ)償電流。3.3.4計(jì)算最佳補(bǔ)償容量最佳補(bǔ)償容量定理為： (3-30)但在使用中，卻使用此公式來求補(bǔ)償平衡點(diǎn)： (3-31) 再根據(jù)求出的補(bǔ)償平衡點(diǎn)，求出第點(diǎn)的最佳補(bǔ)償位置。通過不斷重復(fù)

50、使用最佳補(bǔ)償位置定理和最佳補(bǔ)償容量定理來求出最優(yōu)解。通過以上論述不難看出，等面積法通過配電線路的折算，將配電線路折算為等效均勻長度，將線路中的負(fù)荷視為集中在線路末端，通過最佳補(bǔ)償位置定理和最佳補(bǔ)償容量的反函數(shù)來求出最優(yōu)解。此方法有計(jì)算簡單，不受線路電阻和負(fù)荷分布不均勻影響，方便編程等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于線路分支的處理，存在著方法上的缺陷。第4章 電網(wǎng)無功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電網(wǎng)無功檢測(cè)與補(bǔ)償系統(tǒng)的硬件電路主要包括電壓轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤顯示電路、電容投切電路（tsc電路）、電源設(shè)計(jì)、濾波電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。4.1主控芯片tms320lf2407a主控單元以tms320lf2407a dsp

51、芯片為核心，完成采樣、計(jì)算、觸發(fā)、檢測(cè)、濾波、顯示、補(bǔ)償?shù)裙δ堋ms320lf2407a是美國ti公司推出的新型高性能16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，它專門為數(shù)字控制設(shè)計(jì)，集dsp的高速信號(hào)處理能力及適用于控制的優(yōu)化外圍電路于一體，在數(shù)字控制系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。 系統(tǒng)組成 tms320lf2407a系統(tǒng)組成包括：40mhz、40mips的低電壓3.3vcpu、片內(nèi)存儲(chǔ)器、事件管理器模塊、片內(nèi)集成外圍設(shè)備。其芯片管腳如圖4-1所示，其最小系統(tǒng)如4-2所示。cpu及總線結(jié)構(gòu) tms320lf2407a的cpu是基于tms320c2xx的16位定點(diǎn)低功耗內(nèi)核。體系結(jié)構(gòu)采用四級(jí)流水線技術(shù)加快程序的執(zhí)行，可

52、在一個(gè)處理周期內(nèi)完成乘法、加法和移位運(yùn)算。其中央算術(shù)邏輯單元（calu）是一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)單元，它包括一個(gè)32位算術(shù)邏輯單元（alu）、一個(gè)32位累加器、一個(gè)1616位乘法器（mul）和一個(gè)16位桶形移位器，同時(shí)乘法器和累加器內(nèi)部各包含一個(gè)輸出移位器。完全獨(dú)立于calu的輔助寄存器單元（arau）包含八個(gè)16位輔助寄存器，其主要功能是在calu操作的同時(shí)執(zhí)行八個(gè)輔助寄存器（ar7至ar0）上的算術(shù)運(yùn)算。兩個(gè)狀態(tài)寄存器st0 和st1用于實(shí)現(xiàn)cpu各種狀態(tài)的保存。 tms320lf2407a采用增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部具有六條16位總線，即程序地址總線（pab）、數(shù)據(jù)讀地址總線（drab）、數(shù)據(jù)寫

53、地址總線（dwab）、程序讀總線（prdb）、數(shù)據(jù)讀總線（drdb）、數(shù)據(jù)寫總線（dweb），其程序存儲(chǔ)器總線和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線相互獨(dú)立，支持并行的程序和操作數(shù)尋址，因此cpu的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行。 存儲(chǔ)器配置 tms320lf2407a地址映象被組織為三個(gè)可獨(dú)立選擇的空間：程序存儲(chǔ)器（64k）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（64k）、輸入/輸出（i/o）空間（64k）。這些空間提供了共192k字的地址范圍。 其片內(nèi)存儲(chǔ)器資源包括：544字16位的雙端口數(shù)據(jù)/程序daram、2k字16位的單端口數(shù)據(jù)/程序saram、片內(nèi)32k16位的flash程序存儲(chǔ)器、256字16位片上boot rom、片上flash/

54、rom具有可編程加密特性。 tms320lf2407a的指令集有三種基本的存儲(chǔ)器尋址方式：立即尋址方式、直接尋址方式、間接尋址方式。 事件管理器模塊 tms320lf2407a包含兩個(gè)專用于電機(jī)控制的事件管理器模塊eva和evb，每個(gè)事件管理器模塊包括通用定時(shí)器（gp）、全比較單元、正交編碼脈沖電路以及捕獲單元。 通用定時(shí)器。tms320lf2407a共有四個(gè)16位通用定時(shí)器，可用于產(chǎn)生采樣周期，作為全比較單元產(chǎn)生pwm輸出以及軟件定時(shí)的時(shí)基。通用定時(shí)器有四種可選擇的操作模式：停止/保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增/減計(jì)數(shù)模式和連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。 全比較單元。每個(gè)事件管理器模塊有3個(gè)全比較單元（1、2和3（