無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹無功補(bǔ)償裝置，此裝置分三相六路采集電壓和電流信號(hào)經(jīng)多路開關(guān)送到A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，利用S3C2440計(jì)算無功功率，根據(jù)電壓和無功兩個(gè)判別量對(duì)系統(tǒng)電壓和無功實(shí)行綜合調(diào)節(jié)，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功基本平衡。在補(bǔ)償方式上，選用了并聯(lián)電容器補(bǔ)償。并聯(lián)電容器是一種提供無功功率的非常經(jīng)濟(jì)的電力裝置，并具有價(jià)格低廉、安

2、裝靈活、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。以晶閘管作為無觸點(diǎn)投切開關(guān)，使用編碼投切方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的無過渡過程快速投切。S3C2440進(jìn)行控制，通過檢測(cè)電壓和無功功率，對(duì)多級(jí)電容器組進(jìn)行分相投切，補(bǔ)償效果快速準(zhǔn)確、安全、潔凈及易于控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 S3C2440 電壓 并聯(lián)電容器 分相投切</p><p><b>　　Abstract</b&

3、gt;</p><p>　　This paper introduces the reactive power compensation device, this device is divided three six road collecting voltage and current signals by a multichannel selective switch to A/D conversion. S

4、3C2440calculation of reactive power, according to the voltage and reactive power two discriminant volume on system voltage and reactive power comprehensive regulation, in order to ensure the qualified voltage, while real

5、izing reactive power equilibrium. On compensation way, selection of the parallel capac</p><p>　　Key words: reactive power compensation S3C2440 voltage shunt capacitor phase switching</p><p>&

6、lt;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 無功補(bǔ)償?shù)哪康暮鸵饬x1</p><p>　　1.2

7、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r2</p><p>　　1.2.1 無功補(bǔ)償方式的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 無功補(bǔ)償?shù)脑砑罢{(diào)節(jié)判據(jù)7</p><p>　　2.1 無功補(bǔ)償原理7</p>&

8、lt;p>　　2.1.1 無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔?</p><p>　　2.1.2 無功補(bǔ)償電容器的容量的選擇10</p><p>　　2.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償10</p><p>　　2.3 并聯(lián)補(bǔ)償電容器的配置原則12</p><p>　　2.4 調(diào)節(jié)判據(jù)的選擇13</p><p>　　2.5 電容器組的

9、投切對(duì)系統(tǒng)電壓和無功的影響14</p><p>　　第3章 主系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1 工作過程17</p><p>　　3.2 電容器投切接線方式選擇19</p><p>　　3.3 電容器組投切方式20</p><p>　　3.4 晶閘管電壓過零觸發(fā)電路23</p><

10、;p>　　3.5 器件的選型25</p><p>　　3.5.1 晶閘管的選型25</p><p>　　3.5.2 電抗器的選型26</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1 主控制器29</p><p>　　4.2 電源電路設(shè)計(jì)31</p><p

11、>　　4.3 電壓電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.4 功率因數(shù)角檢測(cè)電路設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.5 按鍵電路設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.6 顯示電路設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.7 投切控制電路設(shè)計(jì)40</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)42</p>

12、<p>　　5.1 電網(wǎng)參數(shù)采集模塊43</p><p>　　5.2 按鍵模塊部分44</p><p>　　5.3 顯示模塊44</p><p>　　5.4 投切控制模塊45</p><p>　　經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析47</p><p><b>　　結(jié)論48</b></

13、p><p><b>　　致謝49</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)50</b></p><p><b>　　附錄53</b></p><p><b>　　CONTENTS</b></p><p>　　Abstract

14、(Chinese)I</p><p>　　Abstract (English)II</p><p>　　The first chapter Introduction1</p><p>　　1.1 The purpose and significance of reactive power compensation1</p><p>

15、　　1.2 The domestic and foreign development condition2</p><p>　　1.2.1 The current situation of the development of reactive power compensation2</p><p>　　1.2.2 Reactive power compensation technol

16、ogy development trend5</p><p>　　1.3 The main contents of this paper5</p><p>　　The second chapter The principle of reactive compensation and control criteria7</p><p>　　2.1 Reacti

17、ve compensation principle7</p><p>　　2.1.1 The main role of reactive power compensation8</p><p>　　2.1.2 Reactive compensation capacitor capacity selection10</p><p>　　2.2 Parallel

18、capacitor compensation10</p><p>　　2.3 Shunt compensation capacitor allocation principle12</p><p>　　2.4 The choice of regulation criterion13</p><p>　　2.5 Capacitor on system volta

19、ge and reactive power impact14</p><p>　　The third chapter The main system design17</p><p>　　3.1 Working process17</p><p>　　3.2 Capacitor wiring mode selection19</p><

20、p>　　3.3 Capacitor bank switching mode20</p><p>　　3.4 Thyristor voltage cross zero trigger circuit23</p><p>　　3.5 Device selection25</p><p>　　3.5.1 Thyristor type selection25&

21、lt;/p><p>　　3.5.2 Reactor type selection26</p><p>　　The fourth chapter Hardware circuit design29</p><p>　　4.1 Master controller29</p><p>　　4.2 Power circuit design31&

22、lt;/p><p>　　4.3 Voltage and current detecting circuit design33</p><p>　　4.4 Power factor angle detection circuit design35</p><p>　　4.5 Key circuit design38</p><p>　　4.6

23、 Design of display circuit39</p><p>　　4.7 Switching control circuit design40</p><p>　　The fifth chapter Software design42</p><p>　　5.1 Power grid parameter acquisition module43

24、</p><p>　　5.2 Key module44</p><p>　　5.3 Display module44</p><p>　　5.4 Switching control module45</p><p>　　Economic and social benefit analysis47</p><p>

25、;　　Conclusion48</p><p><b>　　Thank49</b></p><p>　　Reference50</p><p>　　Appendix53</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 無功補(bǔ)償?shù)哪康?/p>

26、和意義</p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，工業(yè)企業(yè)的數(shù)量不斷增加，人們生活水平不斷提高，使用電量的需求大大增加。相比較而言，我國(guó)發(fā)電機(jī)的裝機(jī)容量與輸配電能力的增加速度沒有需求快，致使我們一些省份出現(xiàn)“電荒”的情況，尤其一些經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)和用電負(fù)荷較大的大中城市。甚至部分城市在用電高峰期出現(xiàn)拉閘限電以使電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況，嚴(yán)重制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也給人民群眾的生活帶來很大不便[1]。電壓是電能主要

27、質(zhì)量指標(biāo)之一，電壓高低反映無功出力與用戶無功負(fù)荷是否平衡。就我國(guó)來說，電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷主要為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、感應(yīng)電爐與電弧爐、電焊機(jī)與電焊變壓器、整流設(shè)備等感性負(fù)載。這些負(fù)載在消耗著大量有功功率的同時(shí)也在消耗著大量的無功功率，造成電網(wǎng)功率因數(shù)偏低。大量感性負(fù)載的使用使得必須提供足夠的無功容量滿足負(fù)載要求，否則會(huì)造成電網(wǎng)電壓降低，電網(wǎng)供電質(zhì)量下降的不良后果。電網(wǎng)低電壓運(yùn)行的危害可以歸納為以下5種:</p><p&

28、gt;　　1.當(dāng)電壓下降到額定電壓的65%—70%時(shí)，無功靜態(tài)穩(wěn)定破壞，發(fā)生電壓崩潰，造成大面積停電事故；</p><p>　　2.發(fā)電機(jī)因電壓降低而減少它的有功功率及無功功率的輸出，由于定子電流與轉(zhuǎn)子電流受額定值限制，因此發(fā)電機(jī)的有功出力及無功出力近似與運(yùn)行電壓成正比關(guān)系；</p><p>　　3.送變電設(shè)備因電壓降低而增加能耗；</p><p>　　4.燒毀用戶

29、發(fā)動(dòng)機(jī)；</p><p>　　5.由于電源電壓下降，引起電燈功率下降、光通量減小和照度的降低。在《電力系統(tǒng)電壓和無功電力管理?xiàng)l例》中規(guī)定，高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶功率因數(shù)為0.90以上，其他100KVA(kw)及以上電力用戶和大、中型電力排灌站功率因數(shù)為0.85以上，夏收和農(nóng)業(yè)用電功率因數(shù)為0.80以上。凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的用戶，供電局可拒絕接電。感性負(fù)載分布的不規(guī)律性也

30、要求電網(wǎng)根據(jù)負(fù)載情況合理分配無功，否則容易形成大量的無功功率在電網(wǎng)中流動(dòng)，降低電網(wǎng)容量，使得電網(wǎng)線路損耗增加，同時(shí)也增加了電網(wǎng)的運(yùn)行成本，影響電力系統(tǒng)供電的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前國(guó)家要落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，大力推行節(jié)能降耗，所以研究無功補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，具有很重要的意義[2]。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.2.1 無功補(bǔ)償方式的發(fā)展現(xiàn)狀</p>

31、;<p>　　電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償方式分為并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和串并聯(lián)混合補(bǔ)償三種方式，并聯(lián)補(bǔ)償方式由于其接入和切除都比較方便的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。自電力系統(tǒng)誕生以來，并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)就已經(jīng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，靜止無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展和應(yīng)用體現(xiàn)出了靜止無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償裝置從最初的電容器補(bǔ)償發(fā)展到今天，歷經(jīng)了電容器、同步調(diào)相機(jī)、飽和電抗器、靜止無功補(bǔ)償裝置 (SVC)，直到今天引人注目的STATCO

32、M等幾個(gè)不同階段。</p><p>　　早期的無功功率補(bǔ)償裝置主要有并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)作為早期無功補(bǔ)償裝置的典型的代表，能夠?qū)潭ǖ臒o功功率以及變化的無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。到現(xiàn)在無功補(bǔ)償領(lǐng)域中還在使用同步調(diào)相機(jī)，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，它的控制性能還得到一定的改善。不過由于它屬于旋轉(zhuǎn)型的設(shè)備，在運(yùn)行的時(shí)候容易產(chǎn)生噪聲而且電能損耗也會(huì)很大，己經(jīng)不太符合現(xiàn)代技術(shù)的要求了?，F(xiàn)代的無功功率補(bǔ)償裝置主要包

33、括靜止無功補(bǔ)償器和靜止同步補(bǔ)償器。而所謂靜止無功補(bǔ)償是指采用不同的靜止開關(guān)來投切電抗器或者電容器，使它具有吸收或發(fā)出無功電流的能力，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)、抑制系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓等。目前這種靜止開關(guān)主要采用電力電子開關(guān)和斷路器兩種開關(guān)。但是用斷路器作為接觸器的開關(guān)時(shí)，速度較慢根本不可能快速地跟蹤負(fù)載無功功率的變化，而且投切電容器時(shí)很可能會(huì)引起嚴(yán)重的沖擊電流和操作過電壓，這樣不但容易造成接觸點(diǎn)燒焊，而且有可能造成補(bǔ)償電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被

34、擊穿[3]。</p><p>　　隨著交流無觸點(diǎn)開關(guān)SCR，GTR，GTO等的相繼出現(xiàn)，如果把它們作為靜止開關(guān)，速度就可以提高到10us左右，這樣對(duì)任何參數(shù)來說都可以在一個(gè)周期內(nèi)完成無功補(bǔ)償，并且可以進(jìn)行單相調(diào)節(jié)?，F(xiàn)階段所指的靜止無功補(bǔ)償裝置主要分為以下三種類型:第一種是具有飽和電抗器的靜止功補(bǔ)償裝置 (SR: Saturated Reactor);第二種是晶閘管控制電抗器 (TCR: Thyristor Con

35、tr control Reactor switch capacitor)、晶閘管投切電容器(TSC: Thyristor Contr Capacitor)，這兩種裝置統(tǒng)稱為SVC(Static Var Compensator)；1977年，美國(guó)GE公司首次在實(shí)際電力系統(tǒng)中運(yùn)行了使用基于晶閘管的 SVC；1978年，在美國(guó)電力研究院的支持下，美國(guó)西屋公司(Westinghouse Electric Corp)制造的使用基于晶閘管的SVC被

36、投入到實(shí)際運(yùn)行中。隨后，世界各大電氣公司都研制出了具有自己特色的系列產(chǎn)品。由于使用基于晶閘管的SVC具有很多優(yōu)良的性能，所以十多年來一直占據(jù)了SVC市場(chǎng)的主要地位。因此，SVC一</p><p>　　1.2.2 無功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的日新月異以及各門學(xué)科的交叉影響，無功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1.在

37、城網(wǎng)改造中，運(yùn)行單位往往需要在配電變壓器的低壓側(cè)同時(shí)加裝無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀，因此提出了無功補(bǔ)償控制器和配電綜合測(cè)試儀的一體化的問題。</p><p>　　2.快速準(zhǔn)確地檢測(cè)系統(tǒng)的無功參數(shù)，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，快速投切電容器，以滿足工作條件較惡劣的情況（如大的沖擊負(fù)荷或負(fù)荷波動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合）。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，可以在無功補(bǔ)償中引入一些先進(jìn)的控制方法，如模糊控制等。</p&g

38、t;<p>　　3.目前無功補(bǔ)償技術(shù)還主要用于低壓系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)由于受到晶閘管耐壓水平的限制，無功補(bǔ)償裝置不能得到廣泛的應(yīng)用。因此，研制高壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置則具有重要意義，關(guān)鍵是解決補(bǔ)償裝置晶閘管和二極管的耐壓?jiǎn)栴}。</p><p>　　4.由單一的無功功率補(bǔ)償?shù)骄哂袨V波以及抑制諧波的功能。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負(fù)荷中含有大量諧波。研制開發(fā)兼有無功補(bǔ)償與電力濾波

39、器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段[5]。</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本文介紹無功補(bǔ)償裝置，該裝置分三相六路采集電壓和電流信號(hào)經(jīng)低通濾波送到多路開關(guān)，由A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，S3C2440計(jì)算無功功率，根據(jù)電壓和無功兩個(gè)判別量對(duì)系統(tǒng)電壓和無功實(shí)行綜合調(diào)節(jié)，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)

40、現(xiàn)無功基本平衡。具體內(nèi)容如下：</p><p>　　1.無功補(bǔ)償?shù)幕驹恚褪前丫哂腥菪怨β守?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，使得能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。在補(bǔ)償方式上，選用了并聯(lián)電容器補(bǔ)償，并聯(lián)電容器是一種提供無功功率的非常經(jīng)濟(jì)的電力裝置，并聯(lián)電容器具有價(jià)格低廉、安裝靈活、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[6]。</p><p>　　2.主電路的設(shè)計(jì)。以晶閘管作無觸點(diǎn)投切開

41、關(guān)，使用編碼投切方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的無過渡過程快速投切。用S3C2440進(jìn)行控制，通過檢測(cè)電壓和無功功率，對(duì)多級(jí)電容器組進(jìn)行分相投切，補(bǔ)償效果快速準(zhǔn)確、安全、潔凈、易于控制。 </p><p>　　3.硬件電路的設(shè)計(jì)。電壓、電流經(jīng)過低通濾波之后，送入AD637進(jìn)行有效值轉(zhuǎn)換，再經(jīng)多路開關(guān)送入A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。根據(jù)投切控制判據(jù)，發(fā)出相應(yīng)的投切控制脈沖，對(duì)電容器進(jìn)行控制，同時(shí)LE

42、D進(jìn)行相應(yīng)的顯示。</p><p>　　4.軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)過程將循環(huán)不斷地采集數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)，發(fā)出適宜的投切控制命令[7]。</p><p>　　第2章 無功補(bǔ)償?shù)脑砑罢{(diào)節(jié)判據(jù)</p><p>　　2.1 無功補(bǔ)償原理</p><p>　　電力系統(tǒng)有功功率是指電能做功消耗的功率，這部分電能轉(zhuǎn)換成了動(dòng)能，熱能，光能和化學(xué)能等，我們可以比較

43、容易的理解。但是電力系統(tǒng)無功功率并沒有明確的定義。在正弦電流電路中，復(fù)功率的虛部就是無功功率，但是當(dāng)電流中含有諧波時(shí)，無功功率在學(xué)術(shù)界并沒有統(tǒng)一的定義。無功功率的供給平衡對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行是很關(guān)鍵的，電力系統(tǒng)組成元件線路，變壓器的阻抗都是感性的，因此，為了輸送有功功率，需要送電端和受電端的電壓有一定的相位差;但是輸送無功功率，則需要輸送的兩端有電壓差。電力系統(tǒng)組成元件和負(fù)載都需要消耗無功功率。所以系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須為網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載提供

44、無功功率。而且不能由發(fā)電機(jī)提供這些無功功率，因?yàn)檫@種長(zhǎng)距離的輸送無功會(huì)造成設(shè)備容量的增加，與電壓的大幅降落。因此在需要在消耗無功功率的地方就地提供無功功率，這就是無功補(bǔ)償。由圖2-1所示的功率三角形可以看出，有功功率不變時(shí)，負(fù)載的功率因數(shù)cosφ越小，則負(fù)載所消耗的無功越多，如果負(fù)載的這些無功通過輸電線長(zhǎng)距離輸送過來，輸配電設(shè)備的容量會(huì)大量升高，還會(huì)產(chǎn)生電壓降落。因此無功功率就應(yīng)該就地平衡，根據(jù)負(fù)載的實(shí)際需要裝設(shè)相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，例如

45、電容器。在無功負(fù)荷大量</p><p>　　圖2-1 功率三角形</p><p>　　= (2-1) </p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　2.1.1 無功補(bǔ)償?shù)闹饕饔?lt;/p><p>　　圖2-2 無功補(bǔ)償原理圖&l

46、t;/p><p>　　由圖2-2可以看出，有功功率不變，進(jìn)行無功補(bǔ)償后，系統(tǒng)無功從變成了，功率因數(shù)角從變成了，<。功率因數(shù)增加。</p><p>　　1.降低輸電線路及變壓器的損耗</p><p>　　三相電路中，功率損耗的計(jì)算公式:</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p&g

47、t;　　由此可見，當(dāng)功率因數(shù)提高以后，線路功率損耗會(huì)大大下降。由于進(jìn)行了無功補(bǔ)償，可使補(bǔ)償點(diǎn)以前的線路中通過的無功電流變小，使線路的供電能力增加，減小損耗。增加無功補(bǔ)償后會(huì)極大的減少無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，其主要目的是降低線損，還能很好地改善電壓質(zhì)量[8]。</p><p><b>　　2.改善電壓質(zhì)量</b></p><p>　　線路中電壓損失的計(jì)算公式為</

48、p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　由式(2-4)可以看出，線路中電壓損失與無功直接相關(guān)，在進(jìn)行無功補(bǔ)償后，無功功率的值會(huì)變小，因此，線路中電壓損失的值也會(huì)隨之減小。</p><p><b>　　3.提高設(shè)備出力</b></p><p>　　如圖2-3所示，有功功率，當(dāng)視在功

49、率保持不變，功率因數(shù)由提高到時(shí)，有功功率P也會(huì)增加。因此增加了無功補(bǔ)償</p><p>　　圖2-3 增加有功輸出示意圖</p><p>　　后可以在不改變視在功率的前提下提高系統(tǒng)的帶負(fù)載能力[9]。</p><p>　　2.1.2 無功補(bǔ)償電容器的容量的選擇</p><p>　　電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)中，大多數(shù)都需要用到電容器，不同的技術(shù)電容

50、器容量的選擇也不同，本文首先以最基本的電容器直接補(bǔ)償為例子，計(jì)算一下補(bǔ)償電容容量。根據(jù)功率補(bǔ)償圖2-3，可以求出無功補(bǔ)償容量，</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　(2-6) </b></p><p>　　2.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償</p><p>　　無功補(bǔ)償裝

51、置包括：電力電容器、靜止無功功率發(fā)生器、有源電力濾波器，并聯(lián)電容器裝置（含集合式并聯(lián)電容器裝置）。并聯(lián)電容器是一種提供無功功率的非常經(jīng)濟(jì)的電力裝置，并聯(lián)電容器以價(jià)格低廉、安裝靈活、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便受到歡迎，目前已被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，為提高輸電和配電的效率，保持電力系統(tǒng)無功功率平衡發(fā)揮了很大作用。因此本次設(shè)計(jì)選擇并聯(lián)電容器補(bǔ)償方式[10]。</p><p><b>　　并聯(lián)電容補(bǔ)償原理：&

52、lt;/b></p><p>　　負(fù)荷回路由阻抗及并聯(lián)后再與電容并聯(lián)而組成，從而形成電容的并聯(lián)補(bǔ)償電路，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 并聯(lián)補(bǔ)償電容器原理接線圖</p><p>　　它們的端電壓為，負(fù)荷支路電流為，滯后于電壓，功率因數(shù)角為，通過電容支路的電流超前于電壓90度角，超前的電容電流補(bǔ)償一部分負(fù)荷電感電流，使回路總電流超前負(fù)荷電流，如圖

53、2-5所示，從而將功率因數(shù)從提高到。</p><p>　　圖2-5 補(bǔ)償向量圖</p><p>　　并聯(lián)補(bǔ)償電容由于能改變負(fù)荷回路總電流的大小和方向，因而并聯(lián)電容又稱為移相電容器。</p><p>　　按電容電流對(duì)負(fù)荷感性電流補(bǔ)償程度的不同，并聯(lián)電容補(bǔ)償有三種補(bǔ)償方式：</p><p>　　(1)若小于，即<0（滯后于），叫欠補(bǔ)償；&l

54、t;/p><p>　　(2)若等于， =0，叫全補(bǔ)償；</p><p>　　(3)若大于，>0（超前于），叫過補(bǔ)償。</p><p>　　通常補(bǔ)償度需達(dá)到0.8<<1。</p><p>　　各級(jí)電壓電網(wǎng)采用并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)闹饕康木褪翘岣吖β室驍?shù)，降低線損及無功補(bǔ)償和調(diào)壓。若將負(fù)荷功率因數(shù)從提高到，在負(fù)荷有功不變的情況下，所需的無

55、功補(bǔ)償容量為：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　并聯(lián)電容補(bǔ)償后節(jié)省的視在功率為：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　公式(2-8)中 —負(fù)荷有功功率，[11]。</p><p>　　2.3 并聯(lián)補(bǔ)償電容器的

56、配置原則</p><p>　　在一個(gè)電氣系統(tǒng)中電容器的位置確定了補(bǔ)償方式。理想的補(bǔ)償應(yīng)用在消耗處并在任意時(shí)刻都能提供系統(tǒng)所需的補(bǔ)償。但是在實(shí)際應(yīng)用中，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素決定了補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t。電網(wǎng)的無功負(fù)荷主要是由用電設(shè)備和輸變電設(shè)備引起的，除了在比較密集的供電負(fù)荷中心集中裝設(shè)大、中型電容器組，便于中心電網(wǎng)的電壓控制和穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓質(zhì)量外，在配電網(wǎng)絡(luò)中還應(yīng)采取無功功率就地平衡的原則，即從減少大量無功功率的流動(dòng)著手，盡量

57、使用戶的無功負(fù)荷和電網(wǎng)無功損失就地供應(yīng)。</p><p>　　因此，無功補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t就是就地平衡，即哪里缺無功，并聯(lián)補(bǔ)償電容器就裝在哪里，盡可能減少由于電網(wǎng)中無功的傳輸而產(chǎn)生的損耗。在實(shí)際使用中多采取集中與分散相結(jié)合的補(bǔ)償方式[12]。</p><p>　　2.4 調(diào)節(jié)判據(jù)的選擇</p><p>　　無功補(bǔ)償?shù)恼{(diào)節(jié)方法有很多，有按功率因數(shù)控制，按電壓、功率因數(shù)復(fù)合

58、控制，按電壓、時(shí)間復(fù)合控制，電壓和無功綜合控制等。本設(shè)計(jì)選擇電壓和無功綜合控制做為調(diào)節(jié)判據(jù)。</p><p><b>　　電壓和無功綜合控制</b></p><p>　　電壓和無功綜合控制是利用電壓、無功兩個(gè)判別量對(duì)變電所電壓和無功實(shí)行綜合調(diào)節(jié)，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功基本平衡。利用電壓和無功構(gòu)成的綜合判據(jù)通常規(guī)定了電壓和無功的上下限，并把電壓和無功平面分

59、成9個(gè)區(qū)如圖2-6所示。根據(jù)電壓、無功在電壓和無功平面上所處的位置建立相應(yīng)的控制規(guī)則。</p><p><b>　　U</b></p><p>　　8 1 2 U上限</p><p>　　7 0 3</p>

60、<p><b>　　U下限</b></p><p>　　6 5 4</p><p>　　Q下限 Q上限</p><p>　　- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Q

61、</p><p>　　圖2-6 電壓和無功調(diào)節(jié)邊界</p><p>　　各個(gè)區(qū)的控制規(guī)則如下：</p><p>　　0區(qū)——電壓無功均合格，不調(diào)節(jié)，此區(qū)為穩(wěn)定工作區(qū)。</p><p>　　1區(qū)——電壓越上限，切電容。 </p><p>　　2區(qū)——電壓越上限，無功越上限，控制器閉鎖。</p><p

62、>　　3區(qū)——無功越上限，投電容。 </p><p>　　4區(qū)——電壓越下限，無功越上限，投電容。 </p><p>　　5區(qū)——電壓越下限，投電容。</p><p>　　6區(qū)——電壓越下限，無功越下限，控制器閉鎖。</p><p>　　7區(qū)——無功越下限，切電容。</p><p>　　8區(qū)——電壓越上限，無功越

63、下限，切電容。</p><p>　　目前，利用微機(jī)構(gòu)成的變電所電壓和無功綜合控制裝置，基本上都是采用上述控制規(guī)則。根據(jù)上述控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)的變電所電壓和無功自動(dòng)綜合控制裝置，能夠根據(jù)電壓和無功的性質(zhì)，對(duì)電壓、無功實(shí)行綜合的定量調(diào)節(jié)，克服了單以電壓作為調(diào)節(jié)判據(jù)所造成的無功補(bǔ)償效果差的缺陷，消除了電壓、功率因數(shù)作為調(diào)節(jié)判據(jù)所造成的并聯(lián)補(bǔ)償電容頻繁誤投切的現(xiàn)象，因此，該方案是一個(gè)較理想的變電所電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)的方案[13

64、]。</p><p>　　2.5 電容器組的投切對(duì)系統(tǒng)電壓和無功的影響</p><p>　　以集中電力負(fù)荷直接以電力線路受電為例分析電力電容器的投切對(duì)接入點(diǎn)系統(tǒng)的影響。圖 2-7所示即為集中電力負(fù)荷從電力線路直接受電</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖2-7 集中供電系統(tǒng)和

65、補(bǔ)償向量圖</p><p>　　的典型接線和向量圖。沒有接入電容器時(shí)，用戶側(cè)線路電壓降ΔU為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中 、 分別為負(fù)荷有功和無功功率；、分別為線路等值電阻和電抗；為線路額定電壓。</p><p>　　安裝無功補(bǔ)償電容器組后，線路電壓降將變?yōu)?</p&

66、gt;<p><b>　　（2-10）</b></p><p>　　比較式(2-9)、式(2-10)可以得到:Δ<Δ。一般情況下由于大量感性無功的存在，因此 ，。故補(bǔ)償電容器投入 后母線穩(wěn)態(tài)電壓升高為:</p><p>　　Δ= (2-11) </p><p>　　設(shè)電容器組接入系統(tǒng)母線三相短路容量為

67、，則，代入(2-11)式</p><p><b>　　得: </b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　式

68、中: —并聯(lián)電容器投切后母線電壓的改變值(投電容為升高，切電容為降低)，；—并聯(lián)電容器組未動(dòng)作前的母線電壓，；—并聯(lián)電容器組的容量，；</p><p>　　—并聯(lián)電容器裝置接入點(diǎn)母線三相短路容量，。</p><p>　　由式(2-12)可以得出以下結(jié)論:切除(投入)同樣容量的電容器組，裝置接入點(diǎn)的短路容量越小，電容器組降壓(升壓)效果越顯著。因此系統(tǒng)短路容量越小的場(chǎng)合，如越接近線路末端，安

69、裝并聯(lián)電容器裝置的效果愈顯著。</p><p>　　經(jīng)分析式（2-12）式（2-13）可得出：對(duì)于同一接入點(diǎn)或者說接入點(diǎn)短路容量相同的償裝置，投入電容器的容量與接入點(diǎn)電壓的變化是成比例的[14]。</p><p>　　第3章 主系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　無功補(bǔ)償裝置有各種不同的型式，目前常用的有晶閘管控制電抗器型（TCR型）、晶閘管開關(guān)電容器型（TSC型）和飽

70、和電抗器型（SR型）三種。TSC與其它兩種TCR和SR相比具有反應(yīng)時(shí)間短，適用范圍廣，分相調(diào)節(jié)裝置本身不產(chǎn)生諧波，損耗小等優(yōu)點(diǎn)。這使得新型無功補(bǔ)償裝置在我國(guó)低壓配電網(wǎng)中有廣闊的應(yīng)用前景。因此本次設(shè)計(jì)采用TSC型低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器。</p><p>　　動(dòng)態(tài)補(bǔ)償是以晶閘管作無觸點(diǎn)投切開關(guān)，使用過零投切方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容器的無過渡過程快速投切?？梢詫?duì)不平衡的無功功率進(jìn)行完全補(bǔ)償，這是以往的補(bǔ)償裝置難以勝任的[4]。&l

71、t;/p><p><b>　　3.1 工作過程</b></p><p>　　以圖3-1為例（圖中只畫出了一組電容器的連接），分析TSC的工作過程：</p><p>　　圖中控制電容器投切的無觸點(diǎn)開關(guān)由晶閘管模塊上的2只晶閘管反并聯(lián)組成。當(dāng)主回路施加正向電壓，且晶閘管的控制級(jí)有觸發(fā)脈沖信號(hào)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通，把電容器投入電網(wǎng)；而當(dāng)去掉觸發(fā)脈沖后，電流過零

72、時(shí)晶閘管自然關(guān)斷，從電網(wǎng)上切除電容器。考慮到對(duì)電力電容器和晶閘管的保護(hù)，晶閘管上并聯(lián)有RC阻容吸收電路，用于吸收開關(guān)過程中的瞬變電壓和瞬變電流，保護(hù)晶閘管模塊。另外，在主回路上還專門裝有一組氧化鋅避雷器，用以吸收操作過電壓和雷擊過電壓等。在每一相中都串有快速熔斷器作為快速過流保護(hù)。</p><p>　　晶閘管作為無觸點(diǎn)開關(guān)，能快速通斷，不存在電弧及噪聲現(xiàn)象，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。如果導(dǎo)通角選擇合適，則電容器投切時(shí)

73、不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流（合閘涌流），電容量分級(jí)補(bǔ)償可以一步到位。采用晶閘管開關(guān)，電容器無需放電即可重投，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間在1個(gè)周期（20ms）之內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地跟蹤補(bǔ)償，從而提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　B</b></p><p><b>　　C</b

74、></p><p><b>　　晶閘管型號(hào)</b></p><p><b>　　電壓1000</b></p><p><b>　　電流90</b></p><p>　　圖3-1 主電路接線圖</p><p>　　在事故狀態(tài)下和晶閘管誤觸發(fā)時(shí)，并聯(lián)電

75、容器組合閘，將會(huì)產(chǎn)生幅值很大，多種頻率的合閘涌流。當(dāng)電源電壓波形發(fā)生畸變時(shí)，這些非正弦波形可以分解成基波和各種頻率的高次諧波。由于容抗與頻率成反比，所以諧波次數(shù)越高，對(duì)該次諧波電壓表現(xiàn)出來的容抗越小，該次諧波電流就越大。由此可知，某次諧波電流所造成電流波形畸變，遠(yuǎn)比電壓波形的畸變嚴(yán)重。尤其是，當(dāng)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，其電容與輸電線和變壓器的電感形成震蕩回路時(shí)，還可能出現(xiàn)電流諧振。該諧振電流將使電容器嚴(yán)重過負(fù)荷，造成熔絲使電容器無法投入。為了

76、限制并聯(lián)電容器組中的合閘涌流，抑制高次諧波，最有效的方法是在電容器回路中串聯(lián)電抗器，且應(yīng)選擇空芯電抗器，并安裝布置在電容器組的電源側(cè)，即母線側(cè)[15]。</p><p>　　3.2 電容器投切接線方式選擇</p><p>　　目前電容器組的接線方式有3種，分別是三角形接法(∪接法)、星形接法(Y接法)、三角形和星形相結(jié)合接法(U-Y接法)，如圖3-2所示。</p><p

77、>　　（a） (b) (c)</p><p>　　(d) (e) (f) </p><p>　　圖3-2 各種接線方式</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的三相電力電容器選擇星形連接方式。</p><p&

78、gt;　　星形接線：對(duì)應(yīng)于三相分補(bǔ)方式。三相分補(bǔ)方式就是各相分別取樣，各相分別投入不同的補(bǔ)償容量。適用于各相負(fù)載相差較大，其功率因數(shù)值也有較大差別的場(chǎng)合[16]。接線如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3并聯(lián)電容器Y接線</p><p>　　3.3 電容器組投切方式</p><p>　　電容器組的投切方式一般有等容投切、編碼投切等。</p>&

79、lt;p>　　本設(shè)計(jì)中采用電容器的編碼投切進(jìn)行控制。常規(guī)的無功補(bǔ)償控制器控制量為功率因數(shù)，在輕負(fù)荷情況下會(huì)出現(xiàn)“頻繁投切”的現(xiàn)象 ,電容組的投切方式有“順序投切”和“循環(huán)投切”。“順序投切”方式下排序在前的電容器組先投后切，而后面的后投先切。這不僅使處于前面的電容組經(jīng)常處于運(yùn)行狀態(tài)，積累熱量不易散失，影響其使用壽命，而且使后面的投切開關(guān)經(jīng)常動(dòng)作，同樣減少壽命?！把h(huán)投切”方式使先投入運(yùn)行的電容組先退出，后投的后切除，能較好的彌補(bǔ)“

80、順序投切”的不足。但電容組需要逐級(jí)投切，且一般采用等容量的分組方式，不利于提高補(bǔ)償精度?！熬幋a投切”方式下補(bǔ)償電容器可采用不等容量分組方式，按數(shù)字編碼組合配置。構(gòu)成多級(jí)電容器投切，投切時(shí)按所需補(bǔ)償電容量對(duì)應(yīng)的編碼組合實(shí)現(xiàn)一次補(bǔ)償?shù)轿?，不需要逐?jí)投切，從而有利于提高補(bǔ)償精度。同時(shí)還避免了“投切振蕩”現(xiàn)象。</p><p>　　1 編碼投切的基本原理</p><p>　　編碼方式投切即電容器組

81、按比例容量配置，構(gòu)成多級(jí)容量投切。n組電容按一定比例配置可構(gòu)成級(jí)不等容量投切。每級(jí)容量對(duì)應(yīng)一組編碼，用十進(jìn)制表示分別為1,2,3,…。由于補(bǔ)償后功率因數(shù)要求在給定范圍內(nèi)，所以每級(jí)容量對(duì)應(yīng)一功率因數(shù)段，例如某級(jí)容量為Q對(duì)應(yīng)編碼為補(bǔ)償前功率因數(shù)為時(shí)，補(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)到給定范圍的下限，補(bǔ)償前功率因數(shù)為( >)時(shí)，補(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)給定范圍的上限。因此至這段功率因數(shù)對(duì)應(yīng)容量，同時(shí)對(duì)應(yīng)編碼。只要N組電容容量比例配置恰當(dāng),從某一功率因數(shù)(設(shè)

82、為)到給定范圍的下限(設(shè)為)可構(gòu)成個(gè)連續(xù)且不重復(fù)的功率因數(shù)段。它們分別對(duì)應(yīng)各自的編碼和容量。這些功率因數(shù)段的上下限從小到大依次排列為，……，每相鄰兩功率因數(shù)確定一功率因數(shù)段。將其對(duì)應(yīng)的容量放人數(shù)組 中同時(shí)將其對(duì)應(yīng)的編碼依次放人數(shù)組CODE[]中，CODE[]={}，編碼越大所對(duì)應(yīng)的容量也就越大。如果電力網(wǎng)最大負(fù)荷日平均有功功率為補(bǔ)償前功率因數(shù)為，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為，則補(bǔ)償容量可用以下公式計(jì)算：</p><p>&

83、lt;b>　?。?-1）</b></p><p>　　有時(shí)需要將提高到大于，小于，則補(bǔ)償容量應(yīng)滿足下述公式</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 —所需補(bǔ)償容量()</p><p>　　—最大負(fù)荷日平均有功功率（）</p><p>　　2

84、編碼投切具體過程</p><p>　　首先初始化編碼寄存器為零，對(duì)應(yīng)的容量寄存器也為零。然后對(duì)每次采樣的功率因數(shù)由上式（3-2）算出還需補(bǔ)償容量，公式（3-2）不等式兩側(cè)加上編碼寄存器（存放當(dāng)前編碼）所對(duì)應(yīng)的容量存人容量寄存器中得總需補(bǔ)償容量，然后在數(shù)組中查找滿足要求的容量，將該容量賦給容量寄存器，并將其對(duì)應(yīng)的編碼賦給編碼寄存器，通過譯碼向執(zhí)行單元發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)容量一次補(bǔ)償?shù)轿?。如在?shù)組中找不到滿足要求的容量

85、，表示系統(tǒng)欠容或過容。</p><p>　　現(xiàn)以某變電所的負(fù)荷圖為例，來詳細(xì)說明編碼投切的控制方式。</p><p>　　（1）為追求較高的補(bǔ)償度，選最大補(bǔ)償容量。</p><p>　　（2） 根據(jù)無功負(fù)荷圖3-5，統(tǒng)計(jì)補(bǔ)償容量的級(jí)數(shù)。</p><p>　?。?）將電容器容量按 4：2：1分成三組，每組容量取10、20、40()，可實(shí)現(xiàn)7級(jí)階

86、梯式調(diào)節(jié)，如下表所示。</p><p>　　表3-1 電容器容量級(jí)表格 </p><p>　　這種控制利用單片機(jī)進(jìn)行編碼是很容易實(shí)現(xiàn)的。這樣做下來只用了3組電容器就達(dá)到了過去7組電容器才能達(dá)到的效果，而且投切控制一樣方便。這樣可以省去4組晶閘管，在經(jīng)濟(jì)上的效果是顯著的。需要注意的是，電容器的投切只能是按部就班的一級(jí)一級(jí)地階梯式投切，并且在每投入一級(jí)或切除一級(jí)后進(jìn)行一定量的延時(shí)操作，而不能一

87、刀切地從某一級(jí)直接跨到高級(jí)別或低級(jí)別。這樣做的原因是：一可避免對(duì)系統(tǒng)造成大的沖擊；二是因?yàn)樽杂诫娙萜鞯姆烹娪幸粋€(gè)時(shí)間等待過程[17]。</p><p>　　3.4 晶閘管電壓過零觸發(fā)電路</p><p>　　以單相容性電路為例分析一下工作過程。</p><p>　　假設(shè)電容初始電壓為零，下面分析包含過零電路的單相電容補(bǔ)償電路的工作過程。</p>&l

88、t;p>　　當(dāng)時(shí)，晶閘管加控制信號(hào)，因此時(shí)晶閘管兩端電壓不為零，它不會(huì)觸發(fā)；</p><p>　　當(dāng)時(shí)，電壓為零，過零比較器發(fā)出控制脈沖，與控制回路的控制脈沖相“與”，控制晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)流過的電流為，即電流恰為穩(wěn)定電流的最大值；</p><p><b>　　過零 </b></p><p>　　U

89、 比較</p><p><b>　　C</b></p><p><b>　　、</b></p><p>　　圖3-6 電路原理圖</p><p><b>　　U</b></p><p><b>　　

90、ωt</b></p><p><b>　　i</b></p><p><b>　　ωt</b></p><p><b>　　圖3-7 波形圖</b></p><p>　　至?xí)r，電流為零，此時(shí)晶閘管自然關(guān)斷，電容器上電壓極性為下正上負(fù)，其值也為交流電壓的最大值，接著交

91、流電壓U開始上升，晶閘管兩端電壓幾乎為零，這時(shí)恰巧其中的正向可控硅觸發(fā)，電流得以由負(fù)為正。</p><p>　　從以上討論得知，首先電容器投入時(shí)沒有沖擊電流，另外由于容性負(fù)載的電流過零時(shí)間恰巧是電壓為峰值的那一點(diǎn)，得以滿足觸發(fā)另一個(gè)可控硅的要求，因此電流可以由負(fù)變正，并且基本上是余弦的。另外，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，電容器上的電壓也為電源電壓的峰值[18]。</p><p><b>　　

92、3.5 器件的選型</b></p><p>　　3.5.1 晶閘管的選型</p><p>　　晶閘管的選型按主電路的星形接線與角形接線的兩種情況分別討論，現(xiàn)以電容器容量為=10，電壓為=250為例。</p><p><b>　　1.星形接線</b></p><p><b>　　(3-3)</b

93、></p><p>　　=10/0.25=40 (3-4)</p><p>　　= (3-5)</p><p>　　晶閘管電流值一般按下式選擇：</p><p>　　公式（3-5）中為電容過流系數(shù)，這里取1.43；為可靠系數(shù)，這里取1.4按計(jì)算所得值，查表可知晶閘管電流選擇90。晶閘管

94、電壓值一般按下式選擇： </p><p>　　(3-6) </p><p>　　按計(jì)算所得值，查表可知晶閘管電壓選擇為1000。</p><p><

95、;b>　　2.角形接線</b></p><p><b>　　(3-7) </b></p><p><b>　　(3-8) </b></p><p>　　晶閘管電流值一般按公式（3-9）選擇： </p><p><b>　　(3-9) </b></p>

96、;<p>　　按計(jì)算所得值，查表可知晶閘管電流選擇50</p><p>　　晶閘管電壓值一般按公式（3-10）選擇：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　按計(jì)算所得值，查表可知晶閘管電壓選擇為1600[19]。 </p><p>　　3.5.2

97、 電抗器的選型 </p><p>　　如圖3-8所示。為電容器串聯(lián)電抗器的單相等值電路圖。圖中：為母線的n次諧波電壓，為n次諧波源電動(dòng)勢(shì)，、分別為系統(tǒng)、電抗器的基波感抗，為電容器組的各相等值基波容抗，為各相的等值電阻。</p><p><b>　　顯然：</b></p><p><b>　　(3-11) </b>

98、</p><p>　　圖3-8 電容串聯(lián)電抗器等值電路</p><p><b>　　(3-12) </b></p><p>　　由式（3-11）可知，串聯(lián)電抗器X越大，諧波電流越小，為了避免n次及以上諧波諧振，應(yīng)使自振頻率次數(shù)小于n，令，當(dāng)n次諧波諧振時(shí)，即有：</p><p><b>　　(3-13) <

99、;/b></p><p>　　所以，此時(shí)，應(yīng)該使 (3-14) </p><p>　　如前述，對(duì)于電容器回路來說，其主要作用的是5、7、11……等次諧波。在實(shí)際電網(wǎng)中，為了避免5次及以上諧波諧振，則由式（3-14）可見n=5時(shí)，應(yīng)該滿足>0.04，因很小，所以，故應(yīng)使X>0.04。又由式（3-13）可知，當(dāng)n=5時(shí)，即，

100、亦即時(shí)，母線上5次諧波電壓為零，從而不致使5次諧波電壓放大，這正是所希望的。</p><p>　　綜上所述，為限制5次諧波電流，應(yīng)取>0.04而為降低母線上5次諧波電壓，應(yīng)取，以上兩者兼顧之，通常取[20]。</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　從框圖看來，整個(gè)控制過程是很明顯的。電壓、電流是由電壓、電流互感器進(jìn)行采集經(jīng)低通濾波之后

101、，送入到A/D轉(zhuǎn)換，S3C2440進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。根據(jù)投切控制判據(jù)，發(fā)出相應(yīng)的投切控制脈沖，對(duì)電容器進(jìn)行控制，同時(shí)LED進(jìn)行相應(yīng)的顯示[23]。下面將分別對(duì)框圖中的各個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述，并指明器件的選擇。硬件的總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)主框圖</p><p><b>　　4.1 主控制器</b></p><

102、p>　　S3C2440是三星公司生產(chǎn)的一種16/32位RISC 結(jié)構(gòu)微處理器芯片，其帶有先進(jìn)的ARM920T 內(nèi)核，0.13μm的CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，總線采用最新的Advanced Micro controller Bus Architecture（AMBA）架構(gòu)。ARM920T內(nèi)核采用MMU，AMBA，BUS和Harvard的高速緩存結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的8字長(zhǎng)16kB 指令緩存器和16kB 數(shù)據(jù)緩存器。</p>

103、;<p>　　S3C2440可提供一套通用的外設(shè)接口，無需在額外擴(kuò)展外圍器件，其功耗低，簡(jiǎn)單，方便，且全靜態(tài)設(shè)計(jì)，特別適合于對(duì)成本和功率要求比較高的應(yīng)用中[21]。</p><p>　　S3C2440它主要有以下部分組成：</p><p>　　1.2V內(nèi)核，1.8 V/2.5V/3.3 V存儲(chǔ)器，3.3 V擴(kuò)展I/O，16 kB 指令cache（I—chche）/16kB數(shù)據(jù)

104、，cache（D—chche）</p><p>　?。?） 外部存儲(chǔ)控制器（SDRAM 控制盒片選邏輯）</p><p>　　（2） 集成LCD專用DMA的LCD控制器（支持最大4k色STN256KTFT）</p><p>　?。?） 4路擁有外部請(qǐng)求引腳的DMA控制器</p><p>　?。?） 3路URAT</p><

105、p><b>　?。?） 2路SPI</b></p><p>　?。?） IIC總線接口（多主支持）</p><p>　?。?） IIS音頻編碼接口</p><p>　?。?） AC97編解碼器接口</p><p>　　（9） 1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口</p><p>　　

106、（10）2 路USB主機(jī)控制/1路USB期間控制（ver1.1）</p><p>　?。?1）4 路PWM定時(shí)器/1路內(nèi)部定時(shí)器/看門狗定時(shí)器</p><p>　?。?2）8 路10位ADC和觸摸屏接口</p><p>　?。?3）具有日歷功能的RTC</p><p><b>　?。?4）攝像頭接口</b></p&

107、gt;<p>　?。?5）130個(gè)通用 I/O，24個(gè)外部中斷源</p><p>　?。?6）電源控制：正常，慢速，空閑，睡眠模式帶PLL片上時(shí)鐘發(fā)生器</p><p>　　S3C2440A的內(nèi)部核心器件有存儲(chǔ)器控制器、Nand Flash控制器、Nand Flash控制器、時(shí)鐘及電源管理模塊、DMA、PWM及定時(shí)器，UART、ADC和觸摸屏接口、看門狗定時(shí)器等[22]。 &

108、lt;/p><p><b>　　圖4-2 最小系統(tǒng)</b></p><p>　　4.2 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電源系統(tǒng)，所需電源產(chǎn)生線路分別為:±12V、+5V、3.3V。</p><p>　　±12V電源為電路中的運(yùn)算放大器OP07供電，如圖4-3所示。</p><p&g

109、t;　　圖4-3 ±12V電源產(chǎn)生接線</p><p>　　+5V電源為有效值轉(zhuǎn)換器AD637，數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC2543等器件供電，如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 +5V電源產(chǎn)生接線</p><p>　　3.3V電源為主控芯片S3C2440供電，如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 3.3V電源產(chǎn)生電路&l

110、t;/p><p>　　4.3 電壓電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)經(jīng)由低通濾波、電流/電壓轉(zhuǎn)換、鉗位電路等組成。互感器輸出的是電流信號(hào)，需經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路變成電壓信號(hào)，以滿足S3C2440采樣信號(hào)是電壓信號(hào)的要求；經(jīng)過互感器的信號(hào)含有高次諧波，所以需要經(jīng)過RC低通濾波器濾波[24]。輸入電壓或電流可能會(huì)超過所設(shè)的測(cè)量范圍，有可能損壞A/D轉(zhuǎn)換器的輸入引腳，因此使用穩(wěn)壓管構(gòu)成鉗位電

111、路，使穩(wěn)壓管鉗位電壓略高于滿量程時(shí)輸出的峰值電壓，以防止因穩(wěn)壓管漏電流而引起的波形失真[25]。</p><p>　　從互感器出來的電流信號(hào)，經(jīng)R0、C1、R1和R2組成了一階RC低通濾波器進(jìn)行濾波，其通帶截止頻率可以表示為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　用其濾掉輸入信號(hào)中32次以上諧波成分；同時(shí)R1和R

112、2也起到電壓/電流轉(zhuǎn)換的作用。預(yù)選R0=110Ω、C1=1μF、R1=700Ω,經(jīng)上式計(jì)算得R2=100Ω, D1=D2 =3.3V其中C1選用瓷片電容，有較好的濾除高頻作用；R0、R1、R2選擇精密電阻和電位器，可以避免溫漂對(duì)濾波和取樣的影響，此時(shí)可計(jì)算得到模擬低通濾波器的截止頻率Hz，可以滿足設(shè)計(jì)的要求[26]。</p><p>　　圖4-6 低通濾波電路</p><p>　　輸出信號(hào)

113、經(jīng)過AD637進(jìn)行有效值的轉(zhuǎn)換，送入（TLC2543）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如下圖4-7所示。</p><p>　　圖4-7 電壓電流有效值測(cè)量電路</p><p>　　4.4 功率因數(shù)角檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該檢測(cè)電路所用的信號(hào)有線電壓Uca與一相電流Ib。這是因?yàn)樗鼈冎g的夾角和被測(cè)相角之間有著線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。測(cè)得Uca與Ib，并分析其間的夾角與相角之間對(duì)應(yīng)

114、關(guān)系的矢量圖如圖4-8所示，從圖中很容易看出。</p><p>　　當(dāng)純阻性負(fù)載時(shí)： =0， =90o；</p><p>　　感性負(fù)載時(shí)： =0o～90 o， =90 o～180 o；</p><p>　　純感性負(fù)載時(shí)： =90 o， =180 o；</p><p>　　容性負(fù)載時(shí)： =0 o～-

115、90 o， =90 o～0 o；</p><p>　　純?nèi)菪载?fù)載時(shí)： =-90 o， =0 o。</p><p>　　圖4-8 相角與角間的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　功率因數(shù)的測(cè)量電路如下圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9 功率因數(shù)測(cè)量電路</p><p>　　檢測(cè)信號(hào)為A相和C相之間的

116、線電壓Uca以及B相電流Ib。由電壓互感器取得的線電壓Uca輸入到比較器LM339的同相輸入端，由電流互感器取得的相電流Ib轉(zhuǎn)化成電壓，然后輸入到另一個(gè)比較器LM339的同相輸入端，分別轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的方波信號(hào)u1和u2，由于比較器接成零比較器而且是同相輸入，因此方波信號(hào)u1和u2的上升沿決定于輸入信號(hào)由負(fù)變正這一過零時(shí)刻。兩個(gè)方波信號(hào)u1和u2經(jīng)異或門后得到一新的方波信號(hào)u3，設(shè)u3的脈寬為τ。當(dāng)負(fù)載分別為純阻性負(fù)載、容性負(fù)載和感性負(fù)載時(shí)