可控硅控制電抗器(TCR)型靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： 張玉 學(xué) 號： 21056224 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目：可控硅控制電抗器（TCR）型靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專 題： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 2009年6月 徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院 專業(yè)年級 學(xué)生姓名 任務(wù)下達(dá)日期： 2009年3月 5 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2009年3月 9日 至 2009年 6月 15日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：可控硅控制電抗器（TCR）型靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：1）理解電力系統(tǒng)無功功率的概念、產(chǎn)生的原因及影響，掌握無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和原理，了解目前無功

2、功率補(bǔ)償?shù)姆椒ê同F(xiàn)狀。2）熟悉并掌握TCR補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理；3）設(shè)計(jì)可控硅控制電抗器（TCR+FC）無功補(bǔ)償裝置的相關(guān)電路；4）翻譯近三年3000字英文文獻(xiàn)；5）完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份。院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；工

3、作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評語及建議成績：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定

4、成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要當(dāng)今礦山電力系統(tǒng)中，隨著以電力電子裝置為代表的各種非線形元件的大量使用，電網(wǎng)中的諧波和無功功率污染問題日益嚴(yán)重。DSP芯片誕生以來，其性能和開發(fā)手段不斷提高，DSP芯片已在通信、信號與信息處理、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展，可以滿足電力系統(tǒng)信號處理的要求。本課題以提升機(jī)為主要負(fù)載的煤礦企業(yè)變電所提供動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償為研究背景，提高煤礦電網(wǎng)的功率因數(shù)，穩(wěn)定供電電壓和濾除諧波。具體任務(wù)是對TCR無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行研究，包括控制策略的研究，控制器的硬件電路設(shè)計(jì)等。本文概述了無功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀和趨勢并詳細(xì)分析了晶閘管控制電抗器（TCR）型靜止無功補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)和原理。通

5、過對晶閘管控制電抗器（TCR）、提升機(jī)、和濾波器特性分析，設(shè)計(jì)了以DSP（ TMS320LF2812）為主控芯片的控制器硬件電路。關(guān)鍵詞：無功功率補(bǔ)償 可控電控器 TCR DSPABSTRACTIn the current mine power system, with various non-linear components used in large quantities the power as represented by the electronic devices, the problem of Network harmonic and reactive power pollut

6、ion is worsening. Since the birth of DSP chip, its performance and development means constantly improving. DSP chips have been widely used in the communications, signal and information processing, automatic control, and other fields. It can meet signal processing requirements of power system. The ma

7、in task of this article is to research and develop TCR reactive power compensator,which includes the design of the study of the controlling strategy and the harware circuit design of the congtroller.The research purpose of this article is to improve power factor,to keep voltage stable and to suppres

8、s harmonics on the background of supplying dynamic reactive power to the coal mine enterprise substation whose most important loads are hoisters.The present situation and the development tendency of reactive power compensation are introduced in this article.At the same time,the construction and the

9、principle of TCR reactive power compensator is analyzed in detail.Through the feature analysis of the hoister and the LC filter,hardware circuit of controller is designed based on the central process unit of on the basis of TMS320LF2812. KEY WORDS： Reactive compensation thyristor controllable reacto

10、r TCR DSP目 錄1 緒 論11.1課題的背景11.1.1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和技術(shù)現(xiàn)狀11.1.2無功功率補(bǔ)償發(fā)展階段21.1.2無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t、作用和負(fù)荷補(bǔ)償51.2無功補(bǔ)償裝置在礦業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用51.2.1 諧波電流問題61.2.2 功率因數(shù)問題61.2.3 沖擊電壓問題61.3 本文內(nèi)容62系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析72.1無功功率72.1.1無功功率和功率因數(shù)的一般概念72.1.2 無功功率的主要影響82.2 晶閘管控制電抗器TCR92.2.1基本原理及主要接線方式92.2.2 TCR的補(bǔ)償特性122.3 濾波器152.4 TCR控制系統(tǒng)的組成162.5 控制策略的分析172.5.1 TC

11、R的控制系統(tǒng)172.5.2 開環(huán)方案182.5.3 閉環(huán)方案192.6本章小結(jié)213 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.1 主電路設(shè)計(jì)223.2中央處理器的選擇TMS320F2812233.3 硬件電路設(shè)計(jì)233.3.1 采集電路設(shè)計(jì)233.3.2 TMS320F2812系統(tǒng)模塊283.3.3 觸發(fā)脈沖放大電路設(shè)計(jì)313.4 本章小結(jié)334 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)344.1 開發(fā)工具簡介344.1.1 DSP開發(fā)工具及開發(fā)流程344.1.2軟件簡介364.2 導(dǎo)通角程序364.2.1 初始導(dǎo)通角計(jì)算364.2.2 導(dǎo)通角的求取384.3 主程序流程圖384.4本章小結(jié)405 總結(jié)與展望415.1 結(jié)論415.2 工作

12、展望41參考文獻(xiàn)43翻譯部分45英文原文45中文翻譯57致 謝68 中國礦業(yè)大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 68 頁 1 緒 論1.1課題的背景1.1.1無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和技術(shù)現(xiàn)狀在電力系統(tǒng)中，由于電感、電容元件的存在，不僅系統(tǒng)中存在著有功功率，而且存在著無功功率。雖然無功功率本身不消耗能量,它的能量只是在電源及負(fù)載間進(jìn)行傳輸交換，但是在這種能量交換的過程中會(huì)引起電能的損耗。并使電網(wǎng)的視在功率增大，這將對系統(tǒng)產(chǎn)生以下一系列負(fù)面影響；1.電網(wǎng)總電流增加，從而會(huì)使電力系統(tǒng)中的元件，如變壓器、電器設(shè)備、導(dǎo)線等容量增大，使用戶內(nèi)部的起動(dòng)控制設(shè)備、量測儀表等規(guī)格、尺寸增大，因而使初投資費(fèi)用增大。在傳送同

13、樣的有功功率情況下，總電流的增大，使設(shè)備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓損失增大。2.電網(wǎng)的無功容量不足，會(huì)造成負(fù)荷端的供電電壓降低，影響正常的生產(chǎn)和生活用電；反之，無功容量過剩，會(huì)造成電網(wǎng)的運(yùn)行電壓過高，電壓波動(dòng)過大。3.降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)造成大量的電能損耗，當(dāng)功率因數(shù)由0.8下降到0.6時(shí)，電能損耗提高了將近一倍。4.對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，如過度增加勵(lì)磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組超過允許溫升。為了保證轉(zhuǎn)子繞組正常工作，發(fā)電機(jī)就不允許達(dá)到預(yù)定的出力。此外。原動(dòng)機(jī)的效率是按照有功功率衡量的，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的視在功率一定時(shí)，無功功率的增加，

14、會(huì)導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)效率的相對降低。目前，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，工廠大量使用大功率開關(guān)器件組成的設(shè)備對大型、沖擊型負(fù)載供電，這使電能質(zhì)量問題日益嚴(yán)重。如果不進(jìn)行無功補(bǔ)償，在正常運(yùn)行時(shí)，會(huì)反復(fù)地使負(fù)載的無功功率在很大范圍內(nèi)波動(dòng)，這不僅使電氣設(shè)備得不到充分的利用，網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降，損耗增加，甚至還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞、系統(tǒng)癱瘓。3 現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的是產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代的靜止無功補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)經(jīng)過了30多年的探索和發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新、發(fā)展完善的過程。以往傳統(tǒng)補(bǔ)償無功功率和諧波的手段主要是設(shè)置無功補(bǔ)償電容器和LC濾波器，但這種無源補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償性能較差，難以對變化的無功功率和諧波進(jìn)行有效的補(bǔ)償

15、。晶閘管得到廣泛應(yīng)用后，以晶閘管控制電抗器（TCR）為代表的靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）有了長足的發(fā)展，已被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補(bǔ)償及長距離輸電的分段 補(bǔ)償，也大量用于負(fù)載無功補(bǔ)償。其典型代表就是晶閘管控制電抗器+固定電容器（Thyristor Controlled Ractor + Fixed CapacitorTCR+FC）。晶閘管投切電容器（Thyristor Switching CapacitorTSC）也獲得了廣泛的應(yīng)用。靜止無功補(bǔ)償裝置的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無功功率。這種連續(xù)調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)TCR中晶閘管的觸發(fā)延遲角得以實(shí)現(xiàn)的。TSC只能分組投切，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，它

16、只有和TCR配合使用，才能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償裝置整體無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。由于具有連續(xù)調(diào)節(jié)的性能且響應(yīng)迅速，因此SVC可以對無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變。因TCR裝置采用相控原理，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)基波無功功率的同時(shí)也產(chǎn)生大量的諧波，所以，固定電容器通常和電抗器串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器，以濾除TCR中的諧波。近年來，隨著以GTO、BJT和IGBT為代表的全控型器件向大容量化、高頻化方向的不斷發(fā)展，采用電力電子技術(shù)的各種有源補(bǔ)償裝置發(fā)展很快。用于補(bǔ)償諧波的有源電力濾波器的研究也十分活躍。比SVC更為先進(jìn)的現(xiàn)代補(bǔ)償裝置是靜止無功發(fā)射器（Static Var GeneratorSVG）。SVG也是一種電力

17、電子裝置。其最基本的電路仍是三相橋式電壓型或電流型變流電路，目前使用的主要是電壓型。SVG與SVC不同，SVC需要大容量的電抗器、電容器等儲(chǔ)能元件，而SVG在其直流側(cè)只需要較小容量的電容器維持其電壓即可。SVG通過不同的控制，既可使其發(fā)出無功功率，呈電容性，也可使其吸收無功功率，呈電感性。采用PWM控制，即可使其輸入電流接近正弦波。1.1.2無功功率補(bǔ)償發(fā)展階段電網(wǎng)除了要負(fù)擔(dān)用電負(fù)荷的有功功率P，還要承擔(dān)負(fù)荷的無功功率Q。在電網(wǎng)的運(yùn)行中，我們希望功率因數(shù)越大越好。在有功功率無法減小的情況下，應(yīng)該盡量減小無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。這樣，電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，減少無功功率的消耗。

18、在無功功率不足的系統(tǒng)中，首要的問題是增加無功功率補(bǔ)償設(shè)備。所謂的理想補(bǔ)償就是負(fù)荷的百分之百的就地補(bǔ)償。當(dāng)然，這樣的補(bǔ)償線路上的無功功率流動(dòng)最小，因此引起的功率損耗和電壓損耗也最小。但所有的負(fù)荷全部就地補(bǔ)償使其功率因數(shù)為1，既無必要，也很難實(shí)現(xiàn)。無功補(bǔ)償應(yīng)當(dāng)包括對基波無功功率的補(bǔ)償和對諧波無功功率的補(bǔ)償，而對諧波的補(bǔ)償就是所謂的諧波抑制。無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的正常運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是感性元件，因此，通常意義上的無功補(bǔ)償就是針對感性無功的補(bǔ)償。同時(shí)，不斷變化的系統(tǒng)負(fù)荷導(dǎo)致系統(tǒng)中的無功含量的不斷波動(dòng)，因此對無功的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)的。無功功率補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段

19、:1.同步調(diào)相機(jī)早期的無功補(bǔ)償裝置的典型代表是同步調(diào)相機(jī)。無論對固定的無功功率還是對變化的無功功率，它都可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。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應(yīng)給運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械損耗和銅耗、鐵耗等。同步調(diào)相機(jī)有過激和欠激兩種運(yùn)行方式。過激運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)提供感性無功功率，是無功電源，這是一種經(jīng)常的運(yùn)行狀態(tài);欠激運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)中吸收感性無功功率，成為無功負(fù)荷。這是在系統(tǒng)負(fù)荷比較輕，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，就可以平滑的改變它的無功功率的大小及方向，因而可以平滑的改變所在電力網(wǎng)絡(luò)的電壓。60年以來，同步調(diào)相機(jī)在電壓和無

20、功控制中發(fā)揮了重要的作用。由于其自身的優(yōu)點(diǎn)，即在系統(tǒng)電壓下降時(shí)，靠維持或提高本身的出力，可以給系統(tǒng)提供緊急的電壓支持，所以至今仍在高壓輸電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。但由于體積大、噪聲高、維護(hù)不方便、造價(jià)高等原因，目前在中、低壓輸電領(lǐng)域，大部分己被并聯(lián)電容器組取代。2.并聯(lián)電容器另一種早期的應(yīng)用比較廣泛的無功補(bǔ)償裝置是并聯(lián)電容器，其成本較低，但是它只能補(bǔ)償固定的無功功率，在系統(tǒng)中有諧波時(shí)，還有可能發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大電容器因此被燒毀的事故也時(shí)有發(fā)生。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)變電站集中裝設(shè)電容器組;2)低壓負(fù)荷的就地補(bǔ)償:3)用戶集中裝設(shè)低壓電容器組，用戶的低

21、壓母線上裝設(shè)能自動(dòng)投切的并聯(lián)電容器成套補(bǔ)償裝置。并聯(lián)電容器傳統(tǒng)的控制方法是用機(jī)械開關(guān)投切電容，所以它不能快速跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，也就是不能實(shí)現(xiàn)對無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對無功功率進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤絹碓狡惹小?.靜止無功補(bǔ)償裝置如今，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的是靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)，在輸電系統(tǒng)的阻抗補(bǔ)償、長距離輸電的分段補(bǔ)償，以及負(fù)荷的無功補(bǔ)償中，都有大量的應(yīng)用。所謂靜止無功補(bǔ)償是指它沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，與同步調(diào)相機(jī)相比，靜止無功補(bǔ)償器是完全靜止的設(shè)備，但它的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)的。靜止無功補(bǔ)償?shù)牡湫痛砉潭娙萜?晶閘管控制電抗器（Fixed Capacitor+Thyrist

22、or Controlled Reactor-FC+TCR)和晶閘管投切電容器(Thyristor Switching Capacitor-TS C ) 。TCR是通過改變晶閘管的觸發(fā)延時(shí)角a實(shí)現(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償，而TSC只能進(jìn)行分組投切，分段進(jìn)行無功補(bǔ)償，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。由于連續(xù)調(diào)節(jié)的性能好且響應(yīng)迅速，因此SVC可以對無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變。因?yàn)門CR裝置采用相控原理，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)基波無功功率的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的諧波，所以在通常用FC和電抗器串聯(lián)構(gòu)成諧波濾波器，以濾除TCR中的諧波。4.靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器(Static Var Generto

23、r-SVG)是比SVC更為先進(jìn)的現(xiàn)代補(bǔ)償裝置。本論文中專指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)难b置，最基本的電路是三相橋式電壓型或電流型變流電路，目前使用的主要是電壓型，如圖2.3所示。其基本原理是:將自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，補(bǔ)償時(shí)檢測出補(bǔ)償對象的基波無功電流，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路發(fā)出一個(gè)與該基波無功電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流從而對無功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使功率因數(shù)為l。簡單地說，其補(bǔ)償過程是:無功發(fā)生器先將系統(tǒng)電壓整流成直流并保存在一組直流電容器內(nèi)，同時(shí)經(jīng)過一組逆變器將此直流逆變成交流電壓，通過連接電抗

24、與系統(tǒng)連接。如果所逆變的電壓高于系統(tǒng)電壓，則逆變器就像一組電容器那樣向系統(tǒng)提供無功功率;如果電壓低于系統(tǒng)電壓它將消耗無功功率。圖2.3 SVG主電路機(jī)構(gòu)SVG和SVC的不同在于SVC需要大容量的電抗器或電容器等儲(chǔ)能元件，而SVG在其直流側(cè)只需要較小容量的電容器維持其電壓即可。SVG通過不同的控制，既可以使其發(fā)出無功功率，呈容性，也可以吸收無功功率而呈感性。SVG采用PWM控制，就可以使輸出的電流接近正弦波。但是目前SVG的投入成本太高，而且只有適用于中、低壓的產(chǎn)品器件，難以推廣。1.1.3無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t、作用和負(fù)荷補(bǔ)償為了使無功補(bǔ)償裝置能取得最佳的綜合效益，應(yīng)遵循這樣的原則：全面規(guī)劃、合理布局

25、、分級補(bǔ)償、就地平衡。集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合,以分散補(bǔ)償為主;高壓補(bǔ)償與低壓補(bǔ)償相結(jié)合,以低壓補(bǔ)償為主;調(diào)壓與降損相結(jié)合,以降損為主”的原則。無功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕校海?）提高供電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。（2）穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。（3）在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場合，通過適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無功負(fù)載。目前，我國關(guān)于無功和電壓的國家標(biāo)準(zhǔn)有：GB12325-90電能質(zhì)量供電電壓容許偏差、GB12326-90電能質(zhì)量電壓容許波動(dòng)和閃變、GB/T1554

26、3-1995電能質(zhì)量三相電壓容許不平衡度等。國家制定以上標(biāo)準(zhǔn)，從發(fā)電、供電、用電各方面對無功、電壓提出了明確要求。對大型工業(yè)負(fù)荷來講，如果未經(jīng)補(bǔ)償時(shí)功率因數(shù)小于0.8，則進(jìn)行無功功率補(bǔ)償是有較好經(jīng)濟(jì)效益的。理論上說，無功功率的補(bǔ)償包括對基波無功功率的補(bǔ)償和對諧波無功功率的補(bǔ)償。因此，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)，應(yīng)該把除基波有功分量以外的所有諧波和基波無功都補(bǔ)償?shù)簟Ｈ欢?，在?shí)際工程應(yīng)用中，考慮到基波無功在所有無功損耗中的絕對比重，為了降低開關(guān)頻率，提高系統(tǒng)容量，可以采用主要補(bǔ)償基波無功的方式。1.2無功補(bǔ)償裝置在礦業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用礦業(yè)系統(tǒng)中煤礦提升機(jī)較普遍的采用晶閘管供電的直流拖動(dòng),稱為提升機(jī)晶閘管電控系統(tǒng)

27、(SCR-D)。晶閘管電控系統(tǒng)具有調(diào)速平穩(wěn)準(zhǔn)確、效率高、容易維護(hù)、可引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),目前國內(nèi)大功率的礦井提升機(jī)采用較多。但由于晶閘管變流器采用相切控制方式調(diào)節(jié)電壓或電流,使電網(wǎng)正弦電壓波形受到切割,并由此產(chǎn)生諧波電流,導(dǎo)致供電電網(wǎng)電壓波形畸變,對電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響。SCR-D系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行期間功率因數(shù)偏低(一般在0.02 0.8之間),同時(shí)起動(dòng)無功沖擊大,引起電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng),尤其對于礦井提升機(jī)這類短時(shí)重復(fù)工作制的負(fù)荷,電壓波動(dòng)問題也很突出。綜上所述,SCR-D系統(tǒng)對電網(wǎng)的不利影響主要表現(xiàn)在:產(chǎn)生諧波電流、平均功率因數(shù)低、起動(dòng)無功沖擊大等方面。1.2.1 諧波電流問題晶閘管在對電流進(jìn)行相切

28、控制時(shí),正弦電流的一部分進(jìn)入負(fù)載,轉(zhuǎn)化為功率,另一部分能量返回電網(wǎng),其頻率為電網(wǎng)頻率的整數(shù)倍。這部分電流稱為諧波電流。因此,可將晶閘管變流器看作諧波電流源,整個(gè)電網(wǎng)作為它的負(fù)載。同樣,諧波電流會(huì)在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生同頻率的諧波電壓,并迭加在電網(wǎng)正弦電壓上,使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變,畸變后的正弦電壓施加在所有電器設(shè)備端,會(huì)對這些設(shè)備的正常工作帶來危害。因?yàn)殡姎庠O(shè)備均按正弦電壓設(shè)計(jì)制造,當(dāng)電壓有畸變時(shí),將會(huì)使設(shè)備發(fā)熱,力矩不穩(wěn),甚至損壞。為了保證所有電氣設(shè)備的正常工作,各工業(yè)國家都對諧波問題開展了深入的研究工作,并制定出了相應(yīng)的規(guī)程。標(biāo)準(zhǔn)。中國于1993年頒布了電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波(GB/T 14549-9

29、3 )國家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了電網(wǎng)諧波的允許值。根據(jù)目前國際上的研究成果,諧波電流允許值應(yīng)基于電網(wǎng)的電磁相容性水平,即使不可能完全消除諧波,但應(yīng)將其限制在一定的水平。1.2.2 功率因數(shù)問題晶閘管裝置基本上相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載,隨著控制角的改變,其功率因數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。即使使晶閘管裝置副邊接的是純電阻,也具有感性特征。晶閘管電路的功率因數(shù)通常較低,需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。用于煤礦提升機(jī)的SCR-D系統(tǒng)根據(jù)工作狀態(tài),其自然功率因數(shù)在0.020.8之間變化,即起動(dòng)階段功率因數(shù)很低,等速段功率因數(shù)較高1.2.3 沖擊電壓問題大型負(fù)載起動(dòng)時(shí),需較多的無功功率,如電網(wǎng)容量較小,則會(huì)發(fā)生電壓降落。周期性重復(fù)起動(dòng),會(huì)造成電

30、壓波動(dòng),甚至出現(xiàn)“閃變”。電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性是衡量電網(wǎng)電壓質(zhì)量的一個(gè)重要條件,而電壓波動(dòng)的允許值是與其出現(xiàn)的頻度有關(guān),中國于2000年頒布了電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變(GB 12326-2000)國家標(biāo)準(zhǔn)。對于礦井提升機(jī)這類負(fù)載,電壓波動(dòng)一般不大于5%。1.3 本文內(nèi)容本文介紹了無功補(bǔ)償?shù)囊饬x和技術(shù)現(xiàn)狀，分析了無功補(bǔ)償?shù)幕驹?，TCR的結(jié)構(gòu)組成和特性。根據(jù)補(bǔ)償裝置，介紹了LC濾波器以及分析補(bǔ)償系統(tǒng)常用的策略。傳統(tǒng)的TCR無功補(bǔ)償裝置主要采單片機(jī)作為主控制芯片，本文設(shè)計(jì)基于DSP的控制硬件以及軟件流程圖。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析2.1無功功率2.1.1無功功率和功率因數(shù)的一般概念 在正弦電路中，

31、如果負(fù)荷是線性的，則電路中的電壓和電流都是正弦波。設(shè)電壓和電流分別表示為 (2.1) (2.2)式中電流滯后電壓的相角。電流可分解為和電壓同相位的分量和比電壓滯后的分量 (2.3)電路的有功功率P就是其平均功率， (2.4)電路的無功功率定義為 (2.5)視在功率定義為 (2.6)有功功率P、無功功率、視在功率S之間存在下述關(guān)系 (2.7)功率因數(shù)定義為 (2.8)其物理意義是線路的有功功率P占線路視在功率S的百分?jǐn)?shù)。實(shí)際上，無功功率只是描述了能量交換的幅度，并不消耗功率。如圖2.1所示，帶阻感負(fù)荷的單相電路中，電阻消耗有功功率，而電感則在一個(gè)周期內(nèi)的一部分時(shí)間從電源吸收能量并儲(chǔ)存起來，另一部

32、分時(shí)間再把儲(chǔ)存的能量向電源和負(fù)荷釋放，自身并不消耗能量。無功功率的大小表示了電源和負(fù)荷之間能量交換的幅度。電源向負(fù)荷提供無功功率是阻感負(fù)荷的內(nèi)在需要，同時(shí)也對電源的輸出造成影響。若將電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量時(shí)，電容器釋放能量，而電感放出能量時(shí)，電容器卻在吸收能量，能量就只在它們之間交換，即感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、變壓器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。因此，把由電容器組成的裝置稱為無功補(bǔ)償裝置。圖2.1單相電路無功流動(dòng)圖2-1圖 圖2.2三相電路無功流動(dòng)而在帶有阻感負(fù)荷的三相電路中，如圖2.2所示，假設(shè)U、R、L參數(shù)均相同，即三相對稱電路，這時(shí)無功功率的大小

33、也表示了電源和負(fù)荷電感之間能量交換的幅度，無功能量在電源和負(fù)荷之間來回流動(dòng)。同時(shí)也可以證明，各相的無功功率的瞬時(shí)值之和在任意時(shí)刻都為零。因此，也可以認(rèn)為無功能量是在三相之間流動(dòng)的，這種流動(dòng)是通過阻感負(fù)荷進(jìn)行的。2.1.2 無功功率的主要影響1.增加設(shè)備容量,無功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。2.設(shè)備及線路損耗增加,無功功率的增加，使設(shè)備及線路人的損耗增加，這是顯而易見的。3.使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無功負(fù)荷，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。2.2 晶閘管控制電抗器TCR2.2.1基本原理及主要接線方式

34、(1) 電壓/電流特性晶閘管電抗器(TCR )是SVC中最重要的組成部件之一，TCR是一種并聯(lián)型晶體管控制電抗器，通過控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，它的有效電抗可以連續(xù)變化，如圖2.3所示?；镜膯蜗郥CR由反并聯(lián)的一對晶閘管閥與一個(gè)線性的空心電抗器相串聯(lián)組成。反并聯(lián)的一對晶閘管就像一個(gè)雙向開關(guān)，晶閘管T1在供電電壓的正半波導(dǎo)通，而晶閘管閥T2在供電電壓的負(fù)半波導(dǎo)通。兩個(gè)晶閘管分別控制正負(fù)半個(gè)周波的電流通斷。當(dāng)控制角改變時(shí)，電感中通過的電流發(fā)生變化。當(dāng)忽略電阻時(shí)，電流的最大值在=0時(shí)達(dá)到，此時(shí)電流為連續(xù)的。當(dāng)在0 /2之間變化時(shí)，電流為斷續(xù)。增大角，則電流的基波分量減小，這相當(dāng)于增大電抗，減小吸收的感

35、性無功功率。圖2.3 TCR 的基本原理圖由于單獨(dú)的TCR只能吸收無功，而不能發(fā)出無功，為了解決問題，常常將并聯(lián)電容器與TCR配合使用構(gòu)成無功補(bǔ)償器。與固定電容器配合使用的靜止型無功補(bǔ)償器(TCR+FC)。沖擊性負(fù)荷還會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，TCR型SVC通常由一個(gè)可調(diào)電感量電感元件(TCR)和幾組LC濾波回路組成見圖2.4，兼顧無功補(bǔ)償。圖2.4單相SVC電路原理圖由圖2.4可得穩(wěn)態(tài)下無功功率和諧波電流平衡方程： (2.9) (2.10)圖中2.4表示負(fù)載無功功率（隨機(jī)），為補(bǔ)償電抗器的感性無功功率。為固定電容器提供的容性無功功率，為系統(tǒng)無功功率。為諧波電流。SVC接入系統(tǒng)中，電容器提供固定的

36、容性無功，補(bǔ)償電抗器通過的電流決定了補(bǔ)償電抗器輸出感性無功的大小，感性無功和容性無功相抵消，只要能做到系統(tǒng)無功常數(shù)（或0），就能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)功率因數(shù)=常數(shù)，電壓幾乎不波動(dòng)。關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘管的觸發(fā)角，得到所需的流過補(bǔ)償電抗器的電流。LC濾波器的設(shè)計(jì)，理想情況下使流入系統(tǒng)的諧波電流。在控制系統(tǒng)的作用下，就可以得到如圖 2.5所示的TCR電壓電流特性?？梢钥闯?，TCR 的電壓電流特性是一種穩(wěn)態(tài)特性，特性上的每一點(diǎn)都是TCR在導(dǎo)通角為某一角度時(shí)的等效感抗的伏安特性上的一點(diǎn)。TCR之所以能從其電壓電流特性上的某一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)移到另一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，都是控制系統(tǒng)不斷調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角，從而不斷改變導(dǎo)通角的結(jié)果。顯然

37、，其特性的斜率和在電壓軸上的截距都由控制系統(tǒng)的參數(shù)決定。圖2.5TCR電壓電流特性圖TCR的三相接線形式大都采用三角形聯(lián)結(jié)如圖2.6（a）所示，因?yàn)檫@種接線形式比其他形式電流中諧波含量要小。此外，實(shí)際工程中還常常將每一相的電抗分成如圖2.6(b)所示的兩部分，分別接在晶閘管對的兩端。這樣可以使晶閘管在電抗器損壞時(shí)能得到額外的保護(hù)。圖2.6TCR的三相接線形式圖 （2）諧波特性在不同控制角下, TCR 回路的諧波電流同樣可由公式(2-9) 用傅里葉分析求出。當(dāng)TCR 用于補(bǔ)償提升機(jī)等沖擊負(fù)荷時(shí), 由于其負(fù)荷電流不規(guī)則且變化很大, 有必要對各相半波實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制, 以便減小補(bǔ)償誤差, 但這時(shí)TCR

38、將產(chǎn)生偶次諧波。表2-1列出了用于對稱與不對稱情況下的TCR 諧波相對于基波的最大含有率表2-1 不對稱情況下的TCR 諧波相對于基波的最大含有率諧波次數(shù)234571123對稱控制情況下0.513O.556230.51不對稱控制情況下781520578106723（3）其它特性（a）響應(yīng)時(shí)間由圖2.1可以看出, 只要小于180°, TCR任何一相的導(dǎo)通角可以在電源頻率連續(xù)兩個(gè)半波之間任意變化, 如不計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù), 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為10 ms；對于三相電路, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約為3.4ms, 采用數(shù)字式快速調(diào)節(jié)器的條件下, 動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間約在510 ms。這里所謂響應(yīng)時(shí)間僅指擾動(dòng)開始到調(diào)

39、節(jié)器起作用的時(shí)間, 并不是指整個(gè)調(diào)節(jié)過程完成的時(shí)間。后者時(shí)間要長得多, 取決于控制策略的選擇(如開環(huán)或閉環(huán)控制) , 系統(tǒng)阻抗大小等因素。用于抑制提升機(jī)引起電壓閃變的SVC, 快速響應(yīng)十分重要, 是反映SVC 性能好壞的重要指標(biāo)。（b）獨(dú)立相控TCR 三相可以獨(dú)立進(jìn)行控制, 連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率, 可用作相平衡裝置, 故TCR 型SVC 可廣泛用于三相不平衡負(fù)荷, 以實(shí)施動(dòng)態(tài)不平衡的補(bǔ)償。（c）功率損耗實(shí)際運(yùn)用中, SVC 的損耗是一個(gè)重要的考慮因素。TCR 的容性部分損耗隨電壓而變, 一般變化不大。動(dòng)態(tài)感性部分的損耗隨導(dǎo)通程度增加而增大, 這部分損耗中包括電抗器的電阻性損耗和晶閘管中導(dǎo)通、切換等

40、損耗(未包括變壓器和輔助的設(shè)備損耗)。對1050Mvar的TCR 型SVC 而言, 其損耗約為容量的0.5%0.7%。單獨(dú)的TCR只能吸收感性的無功功率，與電容器并聯(lián)后則總的無功功率為TCR與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈無功功率，并聯(lián)電容器還可以串上較小的電抗器以吸收TCR等產(chǎn)生的諧波電流。2.2.2 TCR的補(bǔ)償特性設(shè), 則當(dāng)= 90°時(shí) (圖2.4中虛線所示) , 為全導(dǎo)通，電流為連續(xù)的基波電流。，得 ： (2.11)圖2.7TCR 回路電壓電流波形此時(shí)，TCR輸出的最大滯后無功為 (2.12)式中wL= ；為 的有效值。當(dāng) 控制角大于90°, 電流如圖2.7實(shí)線 所示

41、, 為間斷脈沖波, 其值由周期分量和自由分量 合成, 即=+ 而= = (2.13)=·=· (2.14)式(2.14) 中為電路的時(shí)間常數(shù), 忽略電阻時(shí), 為無窮大, 故得 = (2.15)將式(2.13) 和式(2.15) 代入式(2.12) 中得= (2.16)同理當(dāng)>時(shí), 即 負(fù)半周期導(dǎo)通時(shí)= (2.17)則 的瞬時(shí)值可用下式表示: (2.18)即從(2.18) 式可以看到, 通過調(diào)節(jié)角, 便可以調(diào)節(jié)電流, 從而達(dá)到調(diào)節(jié)回路感抗和基波無功的目的。上式的基波分量可由傅立葉分析求得，如式 2.13 所示: (2.19)所以，TCR 產(chǎn)生的補(bǔ)償電納 為: (2.20

42、)上述關(guān)系可以畫成如圖 2.8的曲線，任何觸發(fā)角所對應(yīng)的電納都可以從圖上求出.實(shí)際運(yùn)用中常用有理插值法求出相應(yīng)關(guān)系并存于ROM中以便調(diào)用。圖2.8觸發(fā)角與補(bǔ)償電納的關(guān)系由于進(jìn)行了移相控制，TCR 也會(huì)產(chǎn)生諧波，并且各次諧波的最大值并不在同一觸發(fā)角時(shí)出現(xiàn)，所以要有相應(yīng)的濾波器組與之配合使用。應(yīng)用中 TCR 一般都接成三角形，使所有的三次諧波序列的諧波電流都在閉合三角形中流通，而線電流中不出現(xiàn)這些諧波。2.3 濾波器針對提升機(jī)和TCR裝置本身產(chǎn)生諧波的特性，有必要進(jìn)行濾波處理，就目前情況而言，抑制諧波的方法可分為兩大類:1.補(bǔ)償?shù)姆椒āＨ缭O(shè)置LC濾波裝置、有源電力濾波器等方法。2.改造諧波源的方法

43、。一是設(shè)法提高電力系統(tǒng)中主要的諧波源即整流裝置的相數(shù);二是采用高功率因數(shù)整流器。在各種方法中，LC濾波器出現(xiàn)在最早，且存在一些較難克服的缺點(diǎn)，但因其具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資較少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，因此至今仍是應(yīng)用最多的方法。在本文的研究背景下LC濾波器基本能夠滿足實(shí)際需要，其結(jié)構(gòu)和基本原理敘述如下。LC濾波器也稱為無源濾波器，是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰C濾波器又分為單調(diào)諧濾波器、高通濾波器及雙調(diào)諧濾波器等幾種。本裝置中采用的是多個(gè)單調(diào)諧濾波器和一個(gè)高通濾波器。圖2.9單調(diào)諧濾波器的電路原理圖 圖2

44、.10單調(diào)諧濾波器的電路原理及阻抗頻率特性圖2. 9所示為單調(diào)諧濾波器的電路原理圖。濾波器對n次諧波的阻抗為（=）的阻抗為，式中下標(biāo)表示第n次單調(diào)諧濾波器。由上式畫出濾波器阻抗隨頻率變化的關(guān)系曲線，如圖2.10所示。單調(diào)諧濾波器是利用串聯(lián)L,C諧振原理構(gòu)成的，諧振次數(shù) (2.21)在諧振點(diǎn)處，因很小，n次諧波電流主要由分流，很少流入電網(wǎng)中。而對于其他次數(shù)的諧波，濾波器分流很少。因此，簡單的說，只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)定為與需要濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將大部分流入濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。 在設(shè)計(jì)LC濾波器時(shí)，首先應(yīng)該滿足各種負(fù)載水平下對諧波限制的技術(shù)要求，然后在此前提下，使濾波

45、器在經(jīng)濟(jì)上最為合理。根據(jù)提升機(jī)和TCR的運(yùn)行特性，本文設(shè)計(jì)的LC濾波器組為：3、5、7次單調(diào)諧濾波器和12次高通濾波器。將單調(diào)諧濾波器H3、H5、H7諧阻抗，振次數(shù)分別設(shè)定為3次、5次、7次，則對應(yīng)次數(shù)的諧波大部分流入該次濾波器，從而起到濾除該次諧波作用；而高通濾波器H12實(shí)際為一個(gè)二階高通濾波器，它在某一很寬的頻帶范圍內(nèi)呈現(xiàn)為低，形成對次數(shù)較高諧波的低阻抗通路。濾波器的設(shè)計(jì)不屬于本課題的研究范圍，所以具體的設(shè)計(jì)步驟和方法從略。2.4 TCR控制系統(tǒng)的組成TCR的控制系統(tǒng)應(yīng)能檢測系統(tǒng)的有關(guān)變量，并根據(jù)檢測量的大小以及給定（參考）輸入量的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)延遲角，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償器吸收的無功功

46、率。因此，其控制系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)基本部分電路：（1）檢測電路：檢測控制所需的系統(tǒng)變量和補(bǔ)償器變量。本系統(tǒng)中包括交流動(dòng)態(tài)采樣電路和濾波等輔助電路。其中、交流動(dòng)態(tài)采樣在DSP內(nèi)置的A/D模塊實(shí)現(xiàn)；相位差檢測在DSP內(nèi)置的捕捉模塊實(shí)現(xiàn)。這些數(shù)據(jù)能直接被DSP處理，并通過內(nèi)置的寄存器能方便的設(shè)置工作方式，使程序編寫簡單化。（2）控制電路：為獲得所需的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性對檢測信號和給定（參考）輸入量進(jìn)行處理。本系統(tǒng)中采用的是以DSP為核心的控制系統(tǒng)。（3）觸發(fā)電路：根據(jù)控制電路輸出的控制信號產(chǎn)生相應(yīng)觸發(fā)延遲角的晶閘管觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生一般由控制核心部件如單片機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號，再經(jīng)過單片機(jī)或外部硬件電路

47、或EDA電路實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中直接利用DSP來產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，有效的簡化了電路的復(fù)雜性?？傮w來說，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向礦井提升機(jī)，工作過程中負(fù)載是不斷變化的，其系統(tǒng)函數(shù)也是不停變化是時(shí)變系統(tǒng)，由于采用TCR補(bǔ)償裝置，晶閘管的不完全導(dǎo)通引入的是個(gè)非線形系統(tǒng)。所以整個(gè)系統(tǒng)是非線形的時(shí)變系統(tǒng)，故本系統(tǒng)采用直接計(jì)算導(dǎo)通角結(jié)合模糊控制策略。具體流程可以分為：（1）先對負(fù)載電壓電流進(jìn)行感應(yīng)檢測。（2）將得到的負(fù)載電壓電流信號傳輸?shù)侥M放大及濾波電路，進(jìn)行信號的放大并做基本濾波處理，濾除電網(wǎng)的高頻成分和線路傳輸中的高頻干擾。（3）再將負(fù)載電壓電流信號經(jīng)過過零比較器，變成單想方波送入DSP的捕捉模塊，捕捉引腳捕捉到電壓方

48、波、電流方波之間的時(shí)間差t，由此計(jì)算電壓電流的相位差。（4）將處理后的電壓電流信號送入DSP的A/D模塊，算出負(fù)載電壓、電流的基波有效值。（5）DSP根據(jù)得到的電壓相位差和電壓有效值、電流有效值，計(jì)算出負(fù)載的無功功率，進(jìn)而計(jì)算出晶閘管的觸發(fā)延遲角。（6）對高壓電網(wǎng)干線電壓進(jìn)行感應(yīng)采樣。（7）將檢測到的干線電壓送入計(jì)算出干線電壓差，再轉(zhuǎn)化為電壓差信號。（8）將求出的導(dǎo)通角與加權(quán)值U相乘得到U*，作為最終的輸出導(dǎo)通角。利用DSP的PWM模塊中輸出相應(yīng)占空比觸發(fā)脈沖信號。（9）驅(qū)動(dòng)電路檢測到有效信號后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖去觸發(fā)與補(bǔ)償電感串聯(lián)的晶閘管，從而啟動(dòng)了無功補(bǔ)償電路。以上就是本系統(tǒng)基本控制流程，下

49、面將對各部分進(jìn)行詳細(xì)講解。2.5 控制策略的分析2.5.1 TCR的控制系統(tǒng)如圖2.10所示，該方案是一個(gè)典型的開環(huán)控制方案。它直接計(jì)算負(fù)載無功，然后去控制無功補(bǔ)償裝置TCR，使干線的電壓差最小，達(dá)到功率因數(shù)提高的目的。這也是目前無功補(bǔ)償最常用的控制方案。它的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易。但是當(dāng)工作環(huán)境和系統(tǒng)本身的元部件性能參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)的被控變量會(huì)受到較大影響，即抗干擾能力差。晶閘管控制電抗器是用兩只反并聯(lián)的晶閘管與電抗器相串聯(lián)，在工頻電壓的正、負(fù)半周，兩只晶閘管輪流觸發(fā)導(dǎo)通來控制電抗器的電流。通過不同的觸發(fā)角得到不同的補(bǔ)償電流，隨時(shí)跟蹤負(fù)載無功功率的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。對于三相

50、對稱負(fù)載，不必采用分相控制，三相可以采用同一觸發(fā)角，從而避免偶次諧波對電網(wǎng)的污染；當(dāng)負(fù)荷不對稱時(shí)，采用分相控制可以平衡化系統(tǒng)電流。由與針對大電機(jī)的沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償，側(cè)重點(diǎn)在于補(bǔ)償?shù)目焖傩远皇茄a(bǔ)償精度，所以采用開環(huán)控制。觸發(fā)角是由補(bǔ)償?shù)刃щ娂{決定的： （2. 22）可見觸發(fā)交與等效電納之間，是非線性的關(guān)系。為了克服這種非線性的影響，通常在觸發(fā)電路的輸入端與觸發(fā)脈沖形成環(huán)節(jié)之間插入一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，以補(bǔ)償觸發(fā)角與實(shí)際等效電納之間的非線性。這個(gè)插入的非線性環(huán)節(jié)被稱為線性化環(huán)節(jié)，其具體實(shí)現(xiàn)方法非常靈活，可以采用查表的方法實(shí)現(xiàn)。線性化環(huán)節(jié)的插入實(shí)現(xiàn)了等效電納的參考值與實(shí)際值之間的線性關(guān)系。補(bǔ)償電納由式（

51、2.22）求得 （2.23） 圖2.11觸發(fā)電路前端的線性化環(huán)節(jié)控制器的任務(wù)就是由負(fù)載的電壓電流值，求出要補(bǔ)償?shù)乃矔r(shí)無功功率，然后求出補(bǔ)償電納值，從而得到晶閘管的觸發(fā)角。TCR控制系統(tǒng)包括以下三部分電路：檢測電路：檢測母線電壓和電流；控制電路：計(jì)算瞬時(shí)無功功率，求出等效補(bǔ)償電納 ；觸發(fā)電路：根據(jù)控制電路輸出的控制信號，求得觸發(fā)延遲角，產(chǎn)生相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)脈沖。TCR 控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)不同的補(bǔ)償目的，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同。有兩種可用的基本形式，開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)迅速，而閉環(huán)系統(tǒng)則可以提高控制的精確度。2.5.2開環(huán)方案開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。依據(jù)被測負(fù)荷電壓、電流的輸

52、入信號和所需補(bǔ)償器特性表示出所需補(bǔ)償電納值，有上式2.20所示可知晶閘管控制角與TCR等效電納之間是非線性關(guān)系，需要增加線性環(huán)節(jié)，得出觸發(fā)晶閘管的控制角。這種控制方法多用于沖擊性負(fù)荷及閃變抑制等負(fù)載補(bǔ)償，如檢測負(fù)載無功功率來控制TCR產(chǎn)生相等的無功功率，從而使電源供給的無功功率為零，達(dá)到調(diào)整電壓，改善功率因數(shù)的目的。但由于無控制變量的測量信息反饋回路，一切條件需要預(yù)先考慮，一但遇到不可預(yù)測條件的出現(xiàn)，得不到理想的控制效果。 如圖2.12所示，改方案是一個(gè)典型的開環(huán)控制方案。它直接計(jì)算負(fù)載無功，然后去控制無功補(bǔ)償裝置TCR，使干線的相位差最小，達(dá)到功率因數(shù)提高的目的。這也是目前無功補(bǔ)償最常用的控制方案，它的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易，適合于功率變化較大的負(fù)載補(bǔ)償控制。其缺點(diǎn)是工作環(huán)境和系統(tǒng)本身的元件性能參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)的被控變量可能會(huì)受到一定影響。圖2.12 開環(huán)控制方案2.5.3閉環(huán)方案閉