基于DSP的低壓終端無功補償裝置的研究

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對晶閘管產(chǎn)生的沖擊影響。當需要補償無功時，應(yīng)當將電容器并入電網(wǎng)，此時控制器發(fā)出該控制信號，并給晶閘管和繼電器同時發(fā)送一個閉合驅(qū)動信號，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)補償無功，延遲一段時間后，繼電器閉合，此時，上、下回路都導(dǎo)通，只需要給晶閘管發(fā)送一個關(guān)斷信號切斷上回路即可;當需要將電容器從電網(wǎng)去除時，控制器發(fā)出該控制信號后，此時，只有繼電器下回路導(dǎo)通運行，只對晶閘管發(fā)送接通脈沖信號，上下回路同時導(dǎo)通，然后對繼電器發(fā)送關(guān)斷信號，延遲一段時間后下回路斷開，此時只有上回路導(dǎo)通，最后對晶閘管發(fā)送關(guān)斷信號，兩回路都關(guān)斷，電容器組切除。

3.2 復(fù)合開關(guān)驅(qū)動電路設(shè)計

由于控制電路輸出的PWM控制信號驅(qū)動能力有限，不足以直接驅(qū)動復(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)動電路。驅(qū)動電路作為整個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，提高整個裝置的工作效率，保障設(shè)備安全可靠運行。

本設(shè)計所選用的復(fù)合開關(guān)屬于電壓驅(qū)動型器件，既需要為其提供開通控制信號，也要提供關(guān)斷控制信號，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、電壓等信號進行運算處理，得到三相投切控制信號并進行各相同步，然后發(fā)出控制脈沖控制驅(qū)動電路來驅(qū)動繼電器與晶閘管進行開斷，從而達到投切電容器組的目的。5V電壓驅(qū)動晶閘管輸入，15V電壓驅(qū)動繼電器輸入。

4.無功補償裝置的建模仿真

根據(jù)無功補償裝置的硬件設(shè)計，我們對其設(shè)計電路進行仿真驗證，模擬硬件電路的運行結(jié)果，根據(jù)仿真結(jié)果來分析硬件電路是否滿足要求，若不滿足則對硬件電路進行修改，重新設(shè)計并更改參數(shù)然后再進行軟件仿真，如此反復(fù)直至達到設(shè)計目標。

本課題的主要目的是設(shè)計一種無功補償裝置能夠補償電網(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，功率因數(shù)趨近于1.圖4-10為補償前后無功、有功功率的變化波形圖，上方波形為有功功率補償前后的變化波形，單位為(Kw)，下方波形無功功率補償前后的變化波形，單位為(Kvar)。為了觀察對比補償效果，我們在0.1秒后投入補償裝置，可以發(fā)現(xiàn)在0.1秒前，有功、無功功率波動頻繁，投入補償裝置后，有功功率逐漸趨于穩(wěn)定，無功功率也逐漸趨近于0值，說明該補償裝置補償效果明顯，能夠達到理想的補償效果，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。

5.結(jié)論

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

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