基于DSP的低壓終端無功補(bǔ)償裝置的研究

復(fù)合開關(guān)是電容器組的投切開關(guān)，本設(shè)計(jì)采用晶閘管與繼電器相結(jié)合的方式來執(zhí)行電容器組的投切，如圖3-2所示，晶閘管與繼電器并聯(lián)，L1的作用是抑制電容投切時(shí)對(duì)晶閘管產(chǎn)生的沖擊影響。當(dāng)需要補(bǔ)償無功時(shí)，應(yīng)當(dāng)將電容器并入電網(wǎng)，此時(shí)控制器發(fā)出該控制信號(hào)，并給晶閘管和繼電器同時(shí)發(fā)送一個(gè)閉合驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于晶閘管的響應(yīng)速度比繼電器快，故上半回路先導(dǎo)通，電容器立即投入電網(wǎng)補(bǔ)償無功，延遲一段時(shí)間后，繼電器閉合，此時(shí)，上、下回路都導(dǎo)通，只需要給晶閘管發(fā)送一個(gè)關(guān)斷信號(hào)切斷上回路即可;當(dāng)需要將電容器從電網(wǎng)去除時(shí)，控制器發(fā)出該控制信號(hào)后，此時(shí)，只有繼電器下回路導(dǎo)通運(yùn)行，只對(duì)晶閘管發(fā)送接通脈沖信號(hào)，上下回路同時(shí)導(dǎo)通，然后對(duì)繼電器發(fā)送關(guān)斷信號(hào)，延遲一段時(shí)間后下回路斷開，此時(shí)只有上回路導(dǎo)通，最后對(duì)晶閘管發(fā)送關(guān)斷信號(hào)，兩回路都關(guān)斷，電容器組切除。

3.2 復(fù)合開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

由于控制電路輸出的PWM控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力有限，不足以直接驅(qū)動(dòng)復(fù)合開關(guān)的開通或者關(guān)斷，因此在主電路和控制電路之間還需要加入驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路作為整個(gè)硬件電路的重要一環(huán)，其良好的性能可以加快復(fù)合開關(guān)開斷的速度，減少開關(guān)過程中產(chǎn)生的損耗，提高整個(gè)裝置的工作效率，保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

本設(shè)計(jì)所選用的復(fù)合開關(guān)屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件，既需要為其提供開通控制信號(hào)，也要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證它能按照要求可靠地開通或關(guān)斷，所以我們選擇6N173光耦合器來驅(qū)動(dòng)復(fù)合開關(guān)的開通或關(guān)斷，電路如圖3-3所示。

DSP控制器將調(diào)理后的電流、電壓等信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到三相投切控制信號(hào)并進(jìn)行各相同步，然后發(fā)出控制脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)繼電器與晶閘管進(jìn)行開斷，從而達(dá)到投切電容器組的目的。5V電壓驅(qū)動(dòng)晶閘管輸入，15V電壓驅(qū)動(dòng)繼電器輸入。

4.無功補(bǔ)償裝置的建模仿真

根據(jù)無功補(bǔ)償裝置的硬件設(shè)計(jì)，我們對(duì)其設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證，模擬硬件電路的運(yùn)行結(jié)果，根據(jù)仿真結(jié)果來分析硬件電路是否滿足要求，若不滿足則對(duì)硬件電路進(jìn)行修改，重新設(shè)計(jì)并更改參數(shù)然后再進(jìn)行軟件仿真，如此反復(fù)直至達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

本課題的主要目的是設(shè)計(jì)一種無功補(bǔ)償裝置能夠補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率，使得電源的電功率盡可能全部地提供有功功率，這就要求網(wǎng)絡(luò)中沒有無功電流的流動(dòng)，功率因數(shù)趨近于1.圖4-10為補(bǔ)償前后無功、有功功率的變化波形圖，上方波形為有功功率補(bǔ)償前后的變化波形，單位為(Kw)，下方波形無功功率補(bǔ)償前后的變化波形，單位為(Kvar)。為了觀察對(duì)比補(bǔ)償效果，我們?cè)?.1秒后投入補(bǔ)償裝置，可以發(fā)現(xiàn)在0.1秒前，有功、無功功率波動(dòng)頻繁，投入補(bǔ)償裝置后，有功功率逐漸趨于穩(wěn)定，無功功率也逐漸趨近于0值，說明該補(bǔ)償裝置補(bǔ)償效果明顯，能夠達(dá)到理想的補(bǔ)償效果，但是觀察到網(wǎng)絡(luò)中的無功功率明顯提高，而有功功率提升效果不明顯，說明該裝置能夠補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的無功，但不能有效的提高有功功率，提升電壓的利用率，所以該裝置還有待改進(jìn)。

5.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的無功補(bǔ)償裝置是基于TSC型的低壓終端無功補(bǔ)償器，利用DSP控制器來完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算、控制信號(hào)發(fā)出、與外界通訊等功能，根據(jù)檢測(cè)的三相電路中的電壓、電流等信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理，計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率，再由控制器發(fā)出控制信號(hào)來執(zhí)行電容器組的投切，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)無功。

該補(bǔ)償器能快速跟蹤電網(wǎng)負(fù)荷的突變，根據(jù)電網(wǎng)無功的需求適當(dāng)補(bǔ)償電容器，隨時(shí)保持最佳饋電功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，同時(shí)，投切過程不產(chǎn)生諧波，對(duì)原電網(wǎng)的干擾小，成本低，自身能耗小。但是，由于TSC型補(bǔ)償裝置是分級(jí)式補(bǔ)償，可能產(chǎn)生補(bǔ)償死角，不能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，在電網(wǎng)不穩(wěn)定時(shí)還可能出現(xiàn)投切震蕩，所以，TSC裝置一般與TCR補(bǔ)償裝置組合，這樣即可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的無功調(diào)節(jié)，同時(shí)大大減小了諧波，因此，該設(shè)計(jì)還需要一定的改進(jìn)和完善。