基于DSP的TSG無功補償裝置的設計

何耀洪1 何文1 廖子聰2

1廣東順容電氣有限公司 528300；2華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院環(huán)境科學與工程系

無功功率的合理分布是提高電力系統(tǒng)安全性與經(jīng)濟性的關鍵問題之一，一直受到電力公司的高度重視。為保證向用戶提供安全、經(jīng)濟、可靠的電能，電力公司釆用無功補償設備實現(xiàn)無功功率的就地補償，避免無功功率的遠距離傳輸，同時對功率因數(shù)達不到標準的用戶實施罰款，而知高功率因數(shù)用戶進行獎勵。所以說，功率因數(shù)的提高對于供電公司以及用戶而言都具有重要的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：TSC；設計

電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行一直是電力部門追求的目標，而無功功率的合理分布在節(jié)能降耗、提高電能質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有著重要的作用，近年來，我國電力工業(yè)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)對無功功率的需求巨大，據(jù)統(tǒng)計分析，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中的無功功率負荷約為有功功率負荷的1.3倍，且這個數(shù)值仍在不斷增大，故無功功率分布的合理性顯得尤為重要。同時隨著電力用戶自動化水平的提高，電力設備對電能質(zhì)量的要求也越來越高，所以補償電力系統(tǒng)無功功率以改善功率因數(shù)、提高電能質(zhì)量己成為電力公司與廣大用戶迫切關注的問題

一、TSC無功補償裝置軟件設計

1、軟件程序?qū)崿F(xiàn)功能

在進行軟件程序設計之前，需明確軟件程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能。第3章中已對裝置的整體功能進行說明，根據(jù)裝置的整體功能并結合硬件電路設計可得出軟件程序需實現(xiàn)的功能：

1.編程實現(xiàn)投切控制策略，同時實現(xiàn)電容器組的循環(huán)投切功能。

2.對輸入電壓、電流信號進行A/D轉換，并用合理算法對采樣值進行計算分析。

3.DSP所發(fā)脈沖串時刻應能保證電容器于電壓0點可靠投入，且盡量減少

晶鬧管的門極損耗。

在進行DSP程序編程之前，需對投切控制策略及系統(tǒng)參數(shù)算法進行分析與選擇，并對晶間管閥觸發(fā)脈沖進行設計，在此基礎上對DSP進行編程。

2、投切控制策略

TSC無功補償雖然補償原理相同，但是根據(jù)不同的控制量，其采用的控制策略有所不同，主要有功率因數(shù)控制策略、無功功率控制策略、電壓與無功功率復合控制策略等。近年來，一些智能控制策略也被引入其中，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等。比較合理的控制策略應做到以下幾點：最大限度的提高系統(tǒng)功率因數(shù)或穩(wěn)定電壓；不能過補；電容器組不能出現(xiàn)投切振蕩現(xiàn)象；投切動作反應迅速。

1、功率因數(shù)控制策略

功率因數(shù)控制策略是電網(wǎng)無功控制的傳統(tǒng)方法之一。它以電網(wǎng)中反映電壓與電流相位差的功率因數(shù)作為投切電容器組的判據(jù)，以此來保證功率因數(shù)在合適的范圍內(nèi)，但該方法在電網(wǎng)輕載時存在投切振蕩的問題。電網(wǎng)功率因數(shù)過低時，根據(jù)該控制策略，投入電容器組，若電網(wǎng)輕載，極可能出現(xiàn)投入一組電容器組就出現(xiàn)過補的情況，此時又控制切除電容器組。切除電容器組后功率因數(shù)過低，不滿足要求，根據(jù)控制策略又投入一組電容器組，如此反復投切，這便是投切振蕩現(xiàn)象。它導致電容器組的頻繁投入與切除，嚴重影響晶鬧管閥以及電容器組的使用壽命。

2.無功功率控制策略

無功功率控制策略是以電網(wǎng)無功功率缺額作為投切并聯(lián)電容器組判據(jù)的一種控制方法。它根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)等物理量，計算出電網(wǎng)無功功率缺額，并在電容器組中選擇最接近又不過補的組合投入，以此來實現(xiàn)無功功率的補償。該控制方法是一種直觀的控制方法，能實現(xiàn)電容器組投切的一次到位，不存在投切振蕩的問題。

3.電壓與無功功率復合控制策略

圖1 九區(qū)圖

功率因數(shù)控制策略和無功功率控制策略屬于單一控制方式，僅考慮功率因數(shù)或無功功率這一個控制量。無功功率沿線路的傳輸易造成線路末端的電壓偏低，為保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，可引入電壓這一控制量，并與無功功率相結合，構成復合控制策略。該控制策略一般用在有有載調(diào)壓變壓器的變電站，有載調(diào)壓變壓器與TSC無功補償裝置共同配合保證電壓穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)，無功功率基本得到補償，一般用“九區(qū)圖”表示如圖1所示。

圖中，U max、U min為系統(tǒng)電壓的±限與下限，Q max、Q min為系統(tǒng)無功功率的上限與下限。顯然，只有工作在0區(qū)時才同時滿足電壓與無功功率的要求。各區(qū)的具體控制策略如表1所示。

表1 九區(qū)圖控制策略表

二、晶閘管閥觸發(fā)脈沖設計

無論中性點接地與否，在電容器電壓過零投入后都會引入涌流。由于涌流的存在，造成晶閘管電流不按正弦規(guī)律變化，不能確定電流何時過零，即無法確定晶闡管何時關斷。為保證晶問管持續(xù)導通，在出現(xiàn)涌流的時間內(nèi)連續(xù)發(fā)送脈沖串，當晶鬧管電流過零時，反向晶鬧管在接收到脈沖后自然導通。經(jīng)仿真驗證，涌流持續(xù)時間約為10個周期，故在電容器投入后的前0.2s內(nèi)，發(fā)送連續(xù)脈沖串。

當涌流過去后，系統(tǒng)趨于穩(wěn)態(tài)。流過晶鬧管的電流超前相電壓90度，故電流零點對應于相電壓的峰值，只需在相電壓峰值時給脈沖，觸發(fā)反向晶間管導通?？紤]到線路存在一定的電阻，電流與相電壓相位差可能與90度略有偏差，故可采用在相電壓峰值附近發(fā)送連續(xù)脈沖串，電流過零后反向晶闡管自然導通。

通過上述分析，三相中任意一相發(fā)送的脈沖均如圖2所示，圖中用雙脈沖表示脈沖串。為了程序流程圖中說明的方便，現(xiàn)將10個周期連續(xù)脈沖串稱為第一階段脈沖串，隨后電壓峰值附件的脈沖串稱為第二階段脈沖串。

圖2 單相脈沖發(fā)送圖

一般無功補償裝置執(zhí)行電容器組投入指令時，會一直發(fā)送脈沖串，這會增加晶鬧管閥的門極損耗，減少了晶鬧管閥的使用壽命，且對晶閘管閥的散熱提出了更高的要求。也有無功補償裝置只于電壓峰值時刻發(fā)送脈沖，但電容器組投入初期，電流存在涌流，其相位不一定超前電壓90度，故這種發(fā)送方式易使電容器組投入后又立即切除。而本裝置采用的脈沖發(fā)送方式結合上述兩種發(fā)送方式，彌補了其缺點，投入初期連續(xù)發(fā)脈沖串10個周期，10個周期之后趨于穩(wěn)態(tài)，之后進入第二階段脈沖串，于相電壓峰值附近發(fā)送。第一階段10個周期的連續(xù)脈沖串使晶閘管閥在暫態(tài)期間可靠導通，而穩(wěn)態(tài)后即使電網(wǎng)頻率出現(xiàn)波動，第二階段的脈沖串也可可靠使晶間