无功功率补偿系统 毕业设计 论文.pdf

摘 要本文介绍无功补偿装置，此装置分三相六路采集电压和电流信号经多路 开关送到A/D进行模数转换，利用S3c2440计算无功功率，根据电压和无功 两个判别量对系统电压和无功实行综合调节，以保证电压在合格范围内，同 时实现无功基本平衡。在补偿方式上，选川了并联电容器补偿。并联电容器 是一种提供无功功率的非常经济的电力装置，并具有价格低廉、安装灵活、操作简单、运行稳定、维护方便等优点。以晶闸管作为无触点投切开关，使 用编码投切方式，实现对电容器的无过渡过程快速投切。S3c2440进行控制,通过检测电压和无功功率，对多级电容器组进行分相投切，补偿效果快速准 确、安全、洁净及易于控制。关键词：无功补偿S3C2440电压并联电容器分相投切AbstractThis 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.S3C2440calculation 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 realizing reactive power equilibrium.On compensation way,selection of the parallel capacitor compensation,shunt capacitor is a reactive power economic power device,shunt capacitor with low price,flexible installation,simple operation,stable running,convenient maintenance and so on.And to the thyristor as a non-contact switch,use of code switching mode,realize the capacitor without the transition process of fast switching.Using S3C2440control,by detecting the voltage and reactive power,the multistage capacitor group split-phase switching,compensation effect quickly and accurately,safe,clean and easy to control.Key words:reactive power compensation S3C2440 voltage shunt capacitor phase switching目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1无功补偿的目的和意义.11.2国内外发展状况.21.2.1 无功补偿方式的发展现状.21.2.2 无功补偿技术的发展趋势.51.3本文研究的主要内容.5第2章 无功补偿的原理及调节判据.72.1无功补偿原理.72.1.1无功补偿的主要作用.82.1.2无功补偿电容器的容量的选择.102.2并联电容器补偿.102.3并联补偿电容器的配置原则.122.4调节判据的选择.132.5电容器组的投切对系统电压和无功的影响.14第3章主系统设计.173.1工作过程.173.2电容器投切接线方式选择.193.3电容器组投切方式.203.4品闸管电乐过零触发电路.233.5器件的选型.253.5.1品闸管的选型.253.5.2电抗器的选型.26第4章硬件电路设计.294.1主控制器.304.2电源电路设计.324.3电压电流检测电路设计.334.4功率因数角检测电路设计.354.5按键电路设计.384.6显示电路设计.394.7投切控制电路设计.40第5章软件设计.425.1电网参数采集模块.435.2按键模块部分.445.3显示模块.455.4投切控制模块.46经济与社会效益分析.48结论.49致谢.50参考文献.51M寸录.54CONTENTSAbstract(Chinese).IAbstract(English).IIThe first chapter Introduction.11.1 The purpose and significance of reactive power compensation11.2 The domestic and foreign development condition.21.2.1 The current situation of the development of reactive power compensation.21.2.2 Reactive power compensation technology development trend 51.3 The main contents of this paper.5The second chapter The principle of reactive compensation and control criteria.72.1 Reactive compensation principle.72.1.1 The main role of reactive power compensation.82.1.2 Reactive compensation capacitor capacity selection.102.2 Parallel capacitor compensation.102.3 Shunt compensation capacitor allocation principle.122.4 The choice of regulation criterion.132.5 Capacitor on system voltage and reactive power impact.14The third chapter The main system design.173.1 Working process.173.2 Capacitor wiring mode selection.193.3 Capacitor bank switching mode.203.4 Thyristor voltage cross zero trigger circuit.233.5 Device selection.253.5.1 Thyristor type selection.253.5.2 Reactor type selection.26The fourth chapter Hardware circuit design.294.1 Master controller.294.2 Power circuit design.314.3 Voltage and current detecting circuit design.334.4 Power factor angle detection circuit design.354.5 Key circuit design.384.6 Design of display circuit.394.7 Switching control circuit design.40The fifth chapter Software design.425.1 Power grid parameter acquisition module.435.2 Key module.445.3 Display module.445.4 Switching control module.45Economic and social benefit analysis.47Conclusion.48Thank.49Reference.50Appendix.53第1章绪论1.1无功补偿的目的和意义随着国民经济持续快速增长，工业企业的数量不断增加，人们生活水平 不断提高，使川电量的需求大大增加。相比较而言，我国发电机的装机容量 与输配电能力的增加速度没有需求快，致使我们一些省份出现“电荒”的情况,尤其一些经济相对发达的地区和川电负荷较大的大中城市。甚至部分城市在 川电高峰期出现拉闸限电以使电网正常运行的情况，严重制约着国民经济的 发展，也给人民群众的生活带来很大不便川。电压是电能主要质量指标之一,电压高低反映无功出力与用户无功负荷是否平衡。就我国来说，电力系统的 川电负荷主要为感应电动机、变压器、感应电炉与电弧炉、电焊机与电焊变 压器、整流设备等感性负载。这些负载在消耗着大量有功功率的同时也在消 耗着大量的无功功率，造成电网功率因数偏低。大量感性负载的使川使得必 须提供足够的无功容量满足负载要求，否则会造成电网电压降低，电网供电 质量下降的不良后果。电网低电压运行的危害可以归纳为以下5种：1.当电乐下降到额定电压的65%70%时，无功静态稳定破坏，发生电压崩 溃，造成大面积停电事故；2.发电机因电压降低而减少它的有功功率及无功功率的输出，由于定子电流 与转子电流受额定值限制，因此发电机的有功出力及无功出力近似与运行电 乐成正比关系；3.送变电设备因电压降低而增加能耗；4.烧毁用户发动机；5.由于电源电压下降，引起电灯功率下降、光通量减小和照度的降低。在电 力系统电压和无功电力管理条例中规定，高压供电的工业用户和高压供电 装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数为0.90以上，其他100KVA(kw)及以上电力川户和大、中型电力排灌站功率因数为0.85以上，夏收和农业用 电功率因数为0.80以上。凡功率因数未达到上述规定的川户，供电局可拒绝 接电。感性负载分布的不规律性也要求电网根据负载情况合理分配无功，否 则容易形成大量的无功功率在电网中流动，降低电网容量，使得电网线路损 耗增加，同时也增加了电网的运行成本，影响电力系统供电的经济性。当前 国家要落实科学发展观，大力推行节能降耗，所以研究无功补偿技术，对提 高电网运行质量，具有很重要的意义叫1.2国内外发展状况1.2.1无功补偿方式的发展现状电力系统中的无功补偿方式分为并联补偿、审联补偿和审并联混合补偿 三种方式，并联补偿方式由于其接入和切除都比较方便的优点得到了广泛的 应川。自电力系统诞生以来，并联补偿技术就已经应川在电力系统中，静止 无功补偿装置的发展和应用体现出了静止无功补偿技术的发展和应用情况，电力系统中的无功补偿装置从最初的电容器补偿发展到今天，历经了电容器、同步调相机、饱和电抗器、静止无功补偿装置(SVC),直到今天引人注目的 STATCOM等几个不同阶段。早期的无功功率补偿装置主要有并联电容器和同步调相机。同步调相机 作为早期无功补偿装置的典型的代表，能够对固定的无功功率以及变化的无 功功率进行动态的补偿。到现在无功补偿领域中还在使用同步调相机，而且 随着技术的不断进步，它的控制性能还得到一定的改善。不过由于它属于旋 转型的设备，在运行的时候容易产生噪声而且电能损耗也会很大，己经不太 符合现代技术的要求了。现代的无功功率补偿装置主要包括静止无功补偿器 和静止同步补偿器。而所谓静止无功补偿是指采用不同的静止开关来投切电 抗器或者电容器，使它具有吸收或发出无功电流的能力，从而提高系统的功 率因数、抑制系统振荡、稳定系统电压等。目前这种静止开关主要采川电力 电子开关和断路器两种开关。但是川断路器作为接触器的开关时，速度较慢 根本不可能快速地跟踪负载无功功率的变化，而且投切电容器时很可能会引 起严重的冲击电流和操作过电压，这样不但容易造成接触点烧焊，而且有可 能造成补偿电容器的内部结构被击穿叫随着交流无触点开关SCR,GTR,GTO等的相继出现，如果把它们作为 静止开关，速度就可以提高到10us左右，这样对任何参数来说都可以在一个 周期内完成无功补偿，并且可以进行单相调节。现阶段所指的静止无功补偿 装置主要分为以下三种类型:第一种是具有饱和电抗器的静止功补偿装置(SR:Saturated Reactor);第二种是晶闸管控制电抗器(TCR:Thyristor Contr control Reactor switch capacitor)晶闸管投切 电容器(TSC:Thyristor Contr Capacitor),这两种装置统称为 SVC(Static Var Compensator)；1977 年，美国 GE公司首次在实际电力系统中运行了使川基于晶闸管的SVC；1978年，在 美国电力研究院的支持下，美国西屋公司(Westinghouse Electric Corp)制造的 使用基于晶闸管的SVC被投入到实际运行中。随后，世界各大电气公司都研 制出了具有自己特色的系列产品。由于使川基于晶闸管的SVC具有很多优良 的性能，所以十多年来一直占据了 SVC市场的主要地位。因此，SVC 一般 专指使用了晶闸管的静止无功补偿装置。止匕外，SVC还包括了由TSC和TCR 组成的混合型补偿器，我国武汉凤凰山至平顶山的500KV变电站所引川的就 是采川的TSC+TCR型的进口无功补偿设备。目前国内外对SVC的研究多集 中在对其控制策略的研究上，人工神经网络控制、模糊控制和专家系统等多 种智能控制手段都被引入到SVC的控制中，从而使得SVC系统的性能得到 了显著的提高。世界上已投入运行的SVC系统大约150套，我国运川于500KV 输电系统的也有5台，低压380KV供电系统有各类TSC型无功补偿设备在 运行，但至今仍没有一套国产的SVC在我国的输变电系统中得到运行。第三 种就是采用自换相变流技术的静止无功补偿装置高级静止无功发生器(SVG:Static Varo Generator),它又被称为静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator-STATCOM),它是FACTS的新一代装置，它采川可关断品闸管(GTO)构成的自换相变流器，利川电源逆变技术提供超前或滞后的无功功率。它随着电力电子技术的广泛应川得到了进一步的发展，特别是在1976年 L.Gyugyi等人提出了利用变流器进行无功补偿的理论，以及80年代以来，高功率大电流全控器件的发展而逐步出现的进行动态无功补偿的静止补偿 器。1979年巳本研制出第一台20Mvar的强迫自换相的桥式SVG,自从这以 后，世界各国的著名电力公司都在该技术领域竞相发展。1991年和1994年 日本和美国又相继研制出80Mvar和lOOMvar的SVG。1995年，河南省电力 局和清华大学共同研制出我国首台作为工业试验装置的300MvarSVG,1999 年河南省电力局和清华大学研制出了具有工业应川水平的采川GTO的 i20Mvar SVG,并且成功并网。目前国内外对SVG的建模、结构设计、控制 模式以及不对称控制等问题做了很多相关的研究，但是还存在着许多理论和 实际运川的问题等待解决。由于其控制复杂，所川的全控器件价格也非常昂 贵，所以目前还没有得到普及，尤其是在我国，大功率电力电子器件目前还 不能自给自足，还依赖于进口，成本还太高。但是SVG具有调节速度快速、谐波含量低、不需要大电容或大电感等储能元件等优点，它的优越性必将使 SVG成为未来无功补偿装置发展的一个重要方向。美国电力研究院还提出了 UPFC潮流控制器，它具有移相、串联补偿、并联补偿等多种功能，但是 造价非常高，控制非常复杂，目前全世界仅有美国的Inez变电站使川了这一 装置。根据我国的国情，此类装置要是投入到实际运行中去还时需要很长的 一段时间。而TSC装置是非常适合于在无功补偿领域中推广的，与传统的 TCR相比，无论从结构还是从技术上都是比较简单的，可靠性也要更高，作 为TCR的替代技术有着良好的发展前途。1.2.2无功补偿技术的发展趋势随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，无功补偿的发 展趋势主要有以下几点：1.在城网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补 偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪 的一体化的问题。2.快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，可以在无功补偿中引入一 些先进的控制方法，如模糊控制等。3.目前无功补偿技术还主要川于低压系统。高压系统由于受到晶闸管耐压水 平的限制，无功补偿装置不能得到广泛的应用。因此，研制高压动态无功补 偿的装置则具有重要意义，关键是解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压问题。4.由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电子技 术的发展和电力电子产品的推广应川，供电系统或负荷中含有大量谐波。研 制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改 善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。1.3本文研究的主要内容本文介绍无功补偿装置，该装置分三相六路采集电乐和电流信号经低通 滤波送到多路开关，由A/D进行模数转换，S3c2440计算无功功率，根据电 压和无功两个判别量对系统电压和无功实行综合调节，以保证电压在合格范 围内，同时实现无功基本平衡。具体内容如下：1.无功补偿的基本原理，就是把具有容性功率负荷的装置与感性功率负 荷并联接在同一电路，使得能量在两种负荷之间相互交换。在补偿方式上，选用了并联电容器补偿，并联电容器是一种提供无功功率的非常经济的电力 装置，并联电容器具有价格低廉、安装灵活、操作简单、运行稳定、维护方 便等优点。2.主电路的设计。以晶闸管作无触点投切开关，使用编码投切方式，实 现对电容器的无过渡过程快速投切。用S3c2440进行控制，通过检测电压和 无功功率，对多级电容器组进行分相投切，补偿效果快速准确、安全、洁净、易于控制。3.硬件电路的设计。电乐、电流经过低通滤波之后，送入AD637进行有 效值转换，再经多路开关送入A/D转换为数字量，再由S3c2440进行数据处 理。根据投切控制判据，发出相应的投切控制脉冲，对电容器进行控制，同 时LED进行相应的显示。4.软件的设计，整个过程将循环不断地采集数据，显示数据，发出适宜 的投切控制命令。第2章 无功补偿的原理及调节判据2.1 无功补偿原理电力系统有功功率是指电能做功消耗的功率，这部分电能转换成了动 能，热能，光能和化学能等，我们可以比较容易的理解。但是电力系统无功 功率并没有明确的定义。在正弦电流电路中，复功率的虚部就是无功功率，但是当电流中含有谐波时，无功功率在学术界并没有统一的定义。无功功率 的供给平衡对供电系统和负荷的稳定运行是很关键的，电力系统组成元件线 路，变压器的阻抗都是感性的，因此，为了输送有功功率，需要送电端和受 电端的电压有一定的相位差;但是输送无功功率，则需要输送的两端有电乐 差。电力系统组成元件和负载都需要消耗无功功率。所以系统网络必须为网 络元件和负载提供无功功率。而且不能由发电机提供这些无功功率，因为这 种长距离的输送无功会造成设备容量的增加，与电压的大幅降落。因此在需 要在消耗无功功率的地方就地提供无功功率，这就是无功补偿。由图2-1所 示的功率三角形可以看出，有功功率不变时，负载的功率因数coscp越小，则 负载所消耗的无功越多，如果负载的这些无功通过输电线长距离输送过来，输配电设备的容量会大量升高，还会产生电压降落。因此无功功率就应该就 地平衡，根据负载的实际需要装设相应的无功补偿设备，例如电容器。在无 功负荷大量增加时，投入无功补偿设备;在无功负荷降低时，为防止无功倒送,需要及时切除无功补偿设备，以保持电力系统在功率因数较高的数值下运行。无功补偿的基本原理是:把能提供容性功率的负荷与能提供感性功率的负荷 并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要 的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。目前广泛采川的无功补偿方 式是并联电容器组作为无功补偿装置。这种方法操作方便、装设周期短、造 价低、运行维护简便、自身损耗小。图2-1功率三角形52=e2+尸2cos 6=PIS(2-1)(2-2)Q2.1.1 无功补偿的主要作用图2-2无功补偿原理图由图2-2可以看出，有功功率P不变，进行无功补偿后，系统无功从。变成了。2,功率因数角从灯变成了62，/V。功率因数增加。1.降低输电线路及变压器的损耗三相电路中，功率损耗尸的计算公式：AF=3FW(2-3)由此可见，当功率因数cos。提高以后，线路功率损耗会大大下降。由于 进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流变小，使线路的 供电能力增加，减小损耗。增加无功补偿后会极大的减少无功功率在电网中 的流动，其主要目的是降低线损，还能很好地改善电压质量网。2.改善电压质量线路中电乐损失八。的计算公式为A 0=3-二(2-4)U由式(2-4)可以看出，线路中电乐损失AU与无功。直接相关，在进行无功补 偿后，无功功率。的值会变小，因此，线路中电压损失AU的值也会随之减 小。3.提高设备出力如图2-3所示，有功功率尸=S*cos”,当视在功率S保持不变，功率因 数由cos。1提高到cos5时，有功功率P也会增加。因此增加了无功补偿图2-3增加有功输出示意图后可以在不改变视在功率的前提下提高系统的带负载能力。2.1.2无功补偿电容器的容量的选择电力系统无功补偿技术中，大多数都需要用到电容器，不同的技术电容 器容量的选择也不同，本文首先以最基本的电容器直接补偿为例子，计算一 下补偿电容容量。根据功率补偿图2-3,可以求出无功补偿容量Q,(2-5)Qc=0+。2=尸*火仙一尸*火灯(2-6)2.2 并联电容器补偿无功补偿装置包括：电力电容器、静止无功功率发生器、有源电力滤波 器，并联电容器装置（含集合式并联电容器装置）。并联电容器是一种提供无 功功率的非常经济的电力装置，并联电容器以价格低廉、安装灵活、操作简 单、运行稳定、维护方便受到欢迎，目前已被广泛应用于电力系统中，为提 高输电和配电的效率，保持电力系统无功功率平衡发挥了很大作用。因此本 次设计选择并联电容器补偿方式口叽 并联电容补偿原理：负荷回路由阻抗尺及x并联后再与电容。并联而组成，从而形成电容c 的并联补偿电路，如图2-4所示。图2-4并联补偿电容器原理接线图它们的端电压为U,负荷支路电流为/1，滞后于电压U,功率因数角为 如 通过电容支路的电流小超前于电乐90度角，超前的电容电流小补偿一 部分负荷电感电流心，使回路总电流右超前负荷电流A，如图2-5所示，从 而将功率因数从cos%提高到COSW2 o图2-5补偿向量图并联补偿电容由于能改变负荷回路总电流的大小和方向，因而并联电容 又称为移相电容器。按电容电流小对负荷感性电流”补偿程度的不同，并联电容补偿有三 种补偿方式：(1)若小于少，即不0(滞后于U),叫欠补偿；(2)若4等于十，.二0，叫全补偿；(3)若7c大于心，(超前于U)，叫过补偿。通常补偿度需达到0.8cosW21。各级电乐电网采川并联电容补偿的主要目的就是提高功率因数，降低线损及 无功补偿和调压。若将负荷功率因数从cos叫提高到cosj,在负荷有功不变 的情况下，所需的无功补偿容量为：Qc=P(tgWi-tgW2)=p(K var)(2-7)并联电容补偿后节省的视在功率为:1 1)AS=尸-(KVA)COS%cosw2?(2-8)公式(2-8)中p负荷有功功率，KW2.3 并联补偿电容器的配置原则在一个电气系统中电容器的位置确定了补偿方式。理想的补偿应用在消耗 处并在任意时刻都能提供系统所需的补偿。但是在实际应用中，技术和经济 因素决定了补偿的配置原则。电网的无功负荷主要是由用电设备和输变电设 备弓I起的，除了在比较密集的供电负荷中心集中装设大、中型电容器组，便 于中心电网的电压控制和稳定电网的电压质量外，在配电网络中还应采取无 功功率就地平衡的原则，即从减少大量无功功率的流动着手，尽量使川户的 无功负荷和电网无功损失就地供应。因此，无功补偿的配置原则就是就地平衡，即哪里缺无功，并联补偿电 容器就装在哪里，尽可能减少由于电网中无功的传输而产生的损耗。在实际 使用中多采取集中与分散相结合的补偿方式口 L2.4 调节判据的选择无功补偿的调节方法有很多，有按功率因数控制，按电压、功率因数复 合控制，按电压、时间复合控制，电压和无功综合控制等。本设计选择电压 和无功综合控制做为调节判据。电压和无功综合控制电压和无功综合控制是利川电压、无功两个判别量对变电所电压和无功 实行综合调节，以保证电压在合格范围内，同时实现无功基本平衡。利川电 压和无功构成的综合判据通常规定了电压和无功的上下限，并把电压和无功 平面分成9个区如图2-6所示。根据电压、无功在电压和无功平面上所处的 位置建立相应的控制规则。u t81I11 12 U上限71111 0361 5U下限4Q下限Q上限-1-Q图2-6电压和无功调节边界各个区的控制规则如下:此区为稳定工作区。0区电压无功均合格，不调节,1区一一电压越上限，切电容。2区一一电压越上限，无功越上限，控制器闭锁。3区一无功越上限，投电容。4区一一电压越下限，无功越上限，投电容。5区一一电压越下限，投电容。6区一一电压越下限，无功越下限，控制器闭锁。7区一无功越下限，切电谷。8区一一电压越上限，无功越下限，切电容。目前，利用微机构成的变电所电压和无功综合控制装置，基本上都是采 用上述控制规则。根据上述控制规则实现的变电所电压和无功自动综合控制 装置，能够根据电压和无功的性质，对电压、无功实行综合的定量调节，克 服了单以电压作为调节判据所造成的无功补偿效果差的缺陷，消除了电压、功率因数作为调节判据所造成的并联补偿电容频繁误投切的现象，因此，该 方案是一个较理想的变电所电压和无功自动调节的方案口 32.5 电容器组的投切对系统电压和无功的影响以集中电力负荷直接以电力线路受电为例分析电力电容器的投切对接 入点系统的影响。图2-7所示即为集中电力负荷从电力线路直接受电u(a)(b)图2-7集中供电系统和补偿向量图的典型接线和向量图。没有接入电容器时，用户侧线路电压降AU为:NU JR+QX(2-9)U式中P、。分别为负荷有功和无功功率；R，X分别为线路等值电阻和电 抗；。为线路额定电乐。安装无功补偿电容器组Qc后，线路电压降A 4将变为：A U2PR+(QQQX u(2-10)比较式(2-9)、式(2-10)可以得到:A4cos叫）时，补偿后功率因数可达给定范围的上限。因此 cos%至COSW2这段功率因数对应容量，同时对应编码N-只要N组电容容 量比例配置恰当，从某一功率因数（设为cos叫）到给定范围的下限（设为 cosjZN）可构成2N1个连续且不重复的功率因数段。它们分别对应各自的 编码和容量。这些功率因数段的上下限从小到大依次排列为cos叫，cosw2cos/,每相邻两功率因数确定一功率因数段。将其对应的容量 放人数组 Q2N-2 Q2N-2=Q2N-1.Q2N-1,Q3 Q2 QJ 同时将其 对应的编码依次放人数组CODEH-2中，CODEH-2=2、-1.3、2、1,编码越大所对应的容量也就越大。如果电力网最大负荷巳平均有功功率为 尸小补偿前功率因数为cos叫，补偿后的功率因数为COSW2,则补偿容量可川 以下公式计算：。=尸小（火叫-gW2）=Ps（3-1）有时需要将cos叫提高到大于cosily，小于cos%,则补偿容量应满足下述公 式式中 Qc 所需补偿容量（K var）尸最大负荷巳平均有功功率（Kvar）2编码投切具体过程首先初始化编码寄存器为零，对应的容量寄存器也为零。然后对每次采 样的功率因数由上式（3-2）算出还需补偿容量，公式（3-2）不等式两侧加 上编码寄存器（存放当前编码）所对应的容量存人容量寄存器中得总需补偿 容量，然后在数组02N2中查找满足要求的容量，将该容量赋给容量寄存 器，并将其对应的编码赋给编码寄存器，通过译码向执行单元发出控制命令,实现容量一次补偿到位。如在数组。2N2中找不到满足要求的容量，表示 系统欠容或过容。现以某变电所的负荷图为例，来详细说明编码投切的控制方式。图3-4变电所日负荷图图3-5无功负荷图(1)为追求较高的补偿度，选最大补偿容量Qmax=70 Kvar。(2)根据无功负荷图3-5,统计补偿容量的级数机=6。(3)将电容器容量按4：2：1分成三组，每组容量取10、20、40(Kvar),可实现7级阶梯式调节，如下表所示。表3-1电容器容量级表格容量级010203040506070备注第一组40000011110切除第二组20001100111投入第三组1001010101这种控制利用单片机进行编码是很容易实现的。这样做下来只用了 3组 电容器就达到了过去7组电容器才能达到的效果，而且投切控制一样方便。这样可以省去4组品闸管，在经济上的效果是显著的。需要注意的是，电容 器的投切只能是按部就班的一级一级地阶梯式投切，并且在每投入一级或切 除一级后进行一定量的延时操作，而不能一刀切地从某一级直接跨到高级别 或低级别。这样做的原因是：一可避免对系统造成大的冲击；二是因为自愈 式电容器的放电有一个时间等待过程口刀。3.4 晶闸管电压过零触发电路以单相容性电路为例分析一下工作过程。假设电容初始电压为零，下面分析包含过零电路的单和电容补偿电路的 工作过程。当031时，晶闸管加控制信号，因此时晶闸管两端电压不为零，它不 会触发；当初=时，电乐为零，过零比较器发出控制脉冲，与控制回路的控制脉冲相与“，控制品闸管导通，此时流过的电流为，即电流恰为稳定电 流的最大值；图3-6电路原理图图3-7波形图至3=1.51时，电流为零，此时晶闸管自然关断，电容器上电压极性为 下正上负，其值也为交流电乐的最大值，接着交流电压U开始上升，晶闸管 两端电乐几乎为零，这时恰巧其中的正向可控硅触发，电流得以由负为正。从以上讨论得知，首先电容器投入时没有冲击电流，另外由于容性负载 的电流过零时间恰巧是电乐为峰值的那一点，得以满足触发另一个可控硅的 要求，因此电流可以由负变正，并且基本上是余弦的。另外，当品闸管关断 时，电容器上的电压也为电源电压的峰值网。3.5 器件的选型3.5.1晶闸管的选型晶闸管的选型按主电路的星形接线与角形接线的两种情况分别讨论，现 以电容器容量为S=10Kvar,电压为U=250 V为例。1.星形接线UIC=S(3-3)/c=10Kvar/0.25KV=40 A(3-4)ISCR=IC*勺=40*1.43*1.4=80.084(3-5)晶闸管电流值一般按下式选择：公式（3-5）中K1为电容过流系数，这里取1.43；勺为可靠系数，这里 取1.4按计算所得值，查表可知晶闸管电流选择90A。晶闸管电压值一般按下式选择:USCR=2*K1*长2 后*250=855.47V(3-6)按计算所得值，查表可知晶闸管电压选择为10001。2.角形接线U&*6=sc=-产=23.IA0.25*V3(3-7)(3-8)晶闸管电流值一般按公式(3-9)选择:ISCR&*储=23.1*1.43*1.4=46.254(3-9)dCK C i Z /按计算所得值，查表可知晶闸管电流选择50A 晶闸管电压值一般按公式(3-10)选择：USCR=2*(*储*同*后=2*1.1*1.1*百*250=1481.67 V(3-10)按计算所得值，查表可知晶闸管电压选择为1600丫皿。3.5.2电抗器的选型如图3-8所示。为电容器串联电抗器的单相等值电路图。图中：/为母 线的n次谐波电乐，纥为n次谐波源电动势，Xs、乂乙分别为系统、电抗器 的基波感抗，X。为电容器组的各相等值基波容抗，R为各相的等值电阻。显然:(3-H)A/WnX/WWX图3-8电容串联电抗器等值电路(3-12)由式(3-11)可知，审联电抗器乂入越大，谐波电流越小，为了避免n次及 以上谐波谐振，应使自振频率次数小于n,令X=Xs+Xj当n次谐波谐振 时，即有:X=9n(3-13)所以=手，此时，应该使自几(3-14)如前述，对于电容器问路来说，其主要作用的是5、7、n等次谐波。在实际电网中，为了避免5次及以上谐波谐振，则由式（3-14）可见n=5时,应该满足X0.04Xc，因很小，所以X=Xj故应使X/0.04XC。又由 式（3-13）可知，当n=5时，即5Xl=X%亦即=0.04X。时，母线上5 次谐波电乐为零，从而不致使5次谐波电乐放大，这正是所希望的。综上所述，为限制5次谐波电流，应取X-0.04Xc而为降低母线上5次 谐波电压，应取Xl=0.04X以上两者兼顾之，通常取乂乙=0.06XJ2。第4章硬件电路设计从框图看来，整个控制过程是很明显的。电乐、电流是由电乐、电流互 感器进行采集经低通滤波之后，送入到A/D转换，S3c2440进行数据处理。根据投切控制判据，发出相应的投切控制脉冲，对电容器进行控制，同时LED 进行相应的显示。下面将分别对框图中的各个部分进行简单的论述，并指 明器件的选择。硬件的总体结构系统框图如图4-1所示。图4-1系统主框图4.1主控制器S3c2440是三星公司生产的一种16/32位RISC结构微处理器芯片，其 带有先进的ARM920T内核，0.13|Lim的CMOS标准宏单元和存储器单元，总线采用 最新的 Advanced Micro controller Bus Architecture(AMBA)架构。ARM920T内核采用MMU,AMBA,BUS和Harvard的高速缓存结构，具有 独立的8字长16kB指令缓存器和16kB数据缓存器。S3c2440可提供一套通川的外设接口，无需在额外扩展外围器件，其功 耗低，简单，方便，且全静态设计，特别适合于对成本和功率要求比较高的 应用中口。S3C2440它主要有以下部分组成：1.2V 内核，1.8 V/2.5V/3.3 V 存储器，3.3 V 扩展 I/O,16 kB 指令 cache(I一chche)/16kB 数据，cache(D一chche)(1)外部存储控制器(SDRAM控制盒片选逻辑)(2)集成LCD专用DMA的LCD控制器(支持最大4k色STN256KTFT)(3)4路拥有外部请求引脚的DMA控制器(4)3 路 URAT(5)2 路 SPI(6)IIC总线接口(多主支持)(7)IIS音频编码接口(8)AC97编解码器接口(9)1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口(10)2路USB主机控制/I路USB期间控制(verl.l)(11)4路PWM定时器/I路内部定时器/看门狗定时器(12)8路10位ADC和触摸屏接口(13)具有日历功能的RTC(14)摄像头接口(15)130个通用I/O,24个外部中断源(16)电源控制：正常，慢速，空闲，睡眠模式带PLL片上时钟发生器S3c2440A的内部核心器件有存储器控制器、Nand Flash控制器、Nand Flash控制器、时钟及电源管理模块、DMA、PWM及定时器，UART、ADC 和触摸屏接口、看门狗定时器等。CPIGP2GP8GP9GP7GP9GP10GPUCP12GP13GPUGP15P1743 3V 仁 7podUGNDG15G14M14L12CP7GP6GPF5CPF4H14il ilOO I 6 I Od d d0 O DEE)Iaa0M3s-