分組投切無功補償裝置控制器設計畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計 （論文 ）分組投切無功補償裝置控制器設計本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在指導老 師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識 產(chǎn)權爭議。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本設計（論 文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式 標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：二00年九月二十日畢業(yè)設計（論文）使用授權聲明本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論 文）的規(guī)定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或

2、其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的 前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部 分或全部內容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名:二00年九月二十日目錄1 緒論 . 11.1 無功補償?shù)囊饬x . 11.2 無功補償國內外發(fā)展現(xiàn)狀. 11.3 本課題的意義 . 31.4 本文研究的內容 . 32 分組投切無功補償裝置原理及功能. 42.1 電容器無功補償?shù)脑?. 42.1.1 電容器無功補償容量的確定 62.1.2 電容器的額定電壓選擇 72.1.3 電容器的接線方式 72.1.4 串聯(lián)電抗器 102.1.5 接觸器 102.2 無

3、功補償控制器功能設置. 112.3 并聯(lián)補償電容器裝置的分組 . 132.3.1 分組原則 132.3.2 分組方式 143 無功補償?shù)臏y量算法及控制策略 . 163.1 無功檢測算法 163.2 無功補償控制策略 173.2.1 傳統(tǒng)“九區(qū)圖法”控制規(guī)則及不足 183.2.2 模糊控制原理 193.2.3 模糊控制器的設計 214 分組投切無功補償控制器硬件設計. 244.1 CPU 選型 . 244.1.1 存儲電路 264.1.2 串行時鐘 274.1.3A/D 轉換器 284.2 采樣測量電路的設計 . 294.3 人機接口及通訊部分 . 354.3.1 鍵盤 354.3.2 液晶顯示

4、器 (LCD) 364.3.3 通訊接口 374.4 投切控制部分 . 384.5 看門狗 . 395 分組投切無功補償控制器軟件設計. 405.1 軟件結構圖 . 405.2 采集模塊設計 . 415.3 電容器組投切部分 . 425.4 液晶顯示模塊 . 436 抗干擾設計 . 456.1 硬件抗干擾設計 . 456.2 軟件抗干擾設計 . 467 結論 . 48參考文獻 . 49附錄一 控制、通訊及人機接口部分原理圖 . 51附錄二 模擬量輸入部分原理圖 . 52附錄三 投切控制部分原理圖 . 53翻譯部分 . 54英文原文 54中文譯文 66致 謝. 錯誤！未定義書簽。中國礦業(yè)大學20

5、09屆本科生畢業(yè)設計第9頁1緒論1.1無功補償?shù)囊饬x在電力系統(tǒng)中，由于電感、電容元件的存在，不僅系統(tǒng)中存在著有功功 率，而且存在無功功率。雖然無功功率本身不消耗能量，它的能量只是在電 源及負載間進行傳輸交換，但是在這種能量交換的過程中會引起電能的損 耗。并使電網(wǎng)的視在功率增大，這將對系統(tǒng)產(chǎn)生以下一系列負面影響：電網(wǎng)總電流增加，從而會使電力系統(tǒng)中的元件，如變壓器，電器設備, 導線等容量增大，使用戶內部的起動控制設備，測量儀表等規(guī)格，尺寸增大, 因而會使初期投資費用增大。在傳送同樣的有功功率情況下，總電流的增大， 使設備及線路的損耗增加，使線路及變壓器的電壓損耗增大。(2) 電網(wǎng)的無功容量不足，會

6、造成負荷端的供電電壓降低，影響正常生產(chǎn) 和生活用電；反之，無功容量過剩，會造成電網(wǎng)的運行電壓過高，電壓波動率過大。(3) 降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)造成大量電能損耗，當功率因數(shù)由0.8下降到0.6時，電能損耗提高了將近一倍。(4) 對電力系統(tǒng)的發(fā)電設備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉子的去磁 效應增加，電壓降低，如過度增加勵磁電流，則使轉子繞組超過允許溫升。 為了保證轉子繞組正常工作，發(fā)電機就不允許達到預定的出力。此外，原動 機的效率是按照有功功率衡量的，當發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，會導致 原動機效率的相對降低。目前，隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，工廠大量使用大功率開關器件組 成的設備對大型，沖擊型

7、負載供電，這使電能質量問題日益嚴重。如果不進 行無功補償，在正常運行時，會反復地使負載的無功功率在很大范圍內波動， 這不僅使電氣設備得不到充分利用，網(wǎng)絡傳輸能力下降，損耗增加，甚至還 會導致設備損壞，系統(tǒng)癱瘓，因此，裝設無功補償裝置是十分必要的123。1.2無功補償國內外發(fā)展現(xiàn)狀電力系統(tǒng)中的無功補償裝置從最早的電容器開始發(fā)展到今天，歷經(jīng)了并聯(lián)電容器、同步調相機、靜止無功補償裝置( SVC)，直到靜止無功發(fā)生器(SVG )幾個不同階段：(1) 并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中用到的一種專用的無功補償設備。它的特點是，價格便宜，易于安裝維護，主要作控制負荷功率因數(shù)，也可以作為無功功率補 償調節(jié)的手段。

8、并聯(lián)電容器補償無功功率方式有三種： 集中補償電容器組集中裝設在企業(yè)和地方總降壓變電所的610kV母線上用來提高整個變電所的功率因數(shù)。它可以使該變電所在其供電范圍內無功功率基本平衡，可以減少高壓線路上的無功損耗，而且提高本變電所的 供電電壓的質量。 分組補償將電容器組分別裝設在功率因數(shù)較低的車間或農村變電所 內，也稱分散補償。這種方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，僅無功補償容量 和范圍相對小些。但是分組補償效果比較明顯，采用的較為普遍。就地補償將電容器組裝設在異步電動機旁或感性用電設備附近，就 地進行無功補償。這種方式既能提高負荷的功率因數(shù)，又能改善用電質量， 對中、小型設備十分適用。(2) 同步調

9、相機調相機實質上是一種不帶機械負載的同步電動機，調節(jié)其勵磁，既可以 發(fā)出無功功率，又可吸收無功功率，它是最早采用的一種無功補償設備，在 并聯(lián)電容得到很大采用后，它退到次居地位。其主要缺點是投資大，運行維 護復雜。因此許多國家不再新增同步調相機作為無功補償設備。同步調相機 的優(yōu)點是：在系統(tǒng)發(fā)生故障引起電壓降低時，同步調相機可提供電壓支持， 還可在短時間內強行勵磁，對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大好處。在接受遠 方大容量系統(tǒng)電源送電的弱系統(tǒng)中，可以在系統(tǒng)故障時提供電壓支持，對于 較弱的接受端系統(tǒng)，在傳送大容量電力的超高壓長距離電線的中途，裝設同 步調相機作為并聯(lián)補償，提供動態(tài)無功支持，提高送電容量和系

10、統(tǒng)的穩(wěn)定性。 靜止無功補償器(SVC)所謂靜止無功補償是指用不同的靜止開關投切電容器或電抗器，使其具有吸收或發(fā)出無功電流的能力，用于提高系統(tǒng)的功率因數(shù)、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、 抑制系統(tǒng)振蕩等功能?？煞譃轱柡碗娍蛊餍蜔o功補償裝置(SR)、晶閘管控制電抗器(TCR)和晶閘管投切電容器(TSC)。(4)基于電力電子逆變技術的無功補償裝置SVG又稱靜止同步補償器(STATCOM)，是采用GTO構成的自換相變流 器，通過電壓源逆變技術提供超前和滯后的無功，再到無功補償領域。與SVC 相比，其調節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲能元件，諧波含量 小，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下無功調節(jié)能力強。不過由于

11、控制 復雜且全控器件價格昂貴還沒有普及，但其優(yōu)越性能必將使其成為未來諧波 抑制和無功補償設備的重要發(fā)展方向。1.3本課題的意義盡管SVG在理論上擁有無法比擬的優(yōu)勢，能達到快速、安全的補償效果。 但由于控制元件價格昂貴且控制系統(tǒng)較復雜，使得這種系統(tǒng)的可靠性差，容 量產(chǎn)生誤動作。根據(jù)我國目前的發(fā)展狀況煤礦、農村等35KV變電站安裝的大多數(shù)還是分組投切無功補償裝置，有的甚至是單組電容器自動投切。因此 電容分組自動投切與主變壓器有載調壓相配合，能有效提高電壓水平，提高 供電企業(yè)的服務質量，滿足負荷波動對無功補償?shù)男枨笸瑫r也是變電站實現(xiàn) 微機保護無人值守的需要。針對現(xiàn)有的無功補償控制器本設計對其進行提出

12、 改進。從無功功率的實時檢測和電容器分組投切控制策略進行了研究。再加 之單片機的高效處理從而有效地提高控制性能和縮減投資成本。因此采用分組投切無功補償仍然具有廣闊的發(fā)展前景創(chuàng)可。1.4本文研究的內容本文主要是對分組投切無功補償裝置控制器的設計：（1）介紹了并聯(lián)電容器無功補償?shù)脑恚约盁o功補償容量的確定，對 三種常用的接線方式進行比較最終選定為三角形接法。對無功補償控制器所 具備的功能進行了匯總，采用多種保護功能提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。（2）本控制器同時采集三相電壓、三相電流，利用快速傅里葉變換（FFT） 算法對電網(wǎng)中的電參數(shù)進行實時測量，提高數(shù)據(jù)采集的精度，采用先進的模糊控制理論解決了傳統(tǒng)無

13、功補償控制策略的不足。（3） 硬件部分：設計了包括信號采樣、采樣保持及A/D轉換電路， MSP430F149單片機最小部分、鍵盤顯示電路、投切控制電路以及通信電路 等。（4）軟件部分：介紹控制器軟件的整體結構流程圖。對數(shù)據(jù)采集、投切 控制以及顯示單元進行簡單分析。（5）從硬件和軟件兩方面介紹抗干擾的方法，提高其對惡劣環(huán)境的適應 能力，保證控制器的正常穩(wěn)定運行。2分組投切無功補償裝置原理及功能2.1電容器無功補償?shù)脑黼娙萜髋c感性負荷并聯(lián)是傳統(tǒng)補償無功功率的方法，電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量同時電容器釋放能量，反之電感放出能量時電 容器卻在吸收能量。能量就只在它們之間交換，即感性負

14、荷(如電動機、變壓 器等)所吸收的無功功率，可由電容器所輸出的無功功率中得到補償5 O因此, 把由電容器組成的裝置稱為無功補償裝置。在實際電力系統(tǒng)中，包括異步電 動機在內的絕大部分電氣設備的等效電路可看作電阻 R與電感L串聯(lián)的電路， 設：co%= i （21）Jr2 + xL（2）式中XL二L O在電力網(wǎng)運行中，我們希望的是功率因數(shù)越大越好，如果能做到這一點，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，可以減少無功功率的消 耗。RIc(a) 電路(b)相量圖(欠補償)(c)相量圖(過補償)圖2.1并聯(lián)電容器補償無功功率的電路和相量圖如圖2.1(a)所示，將RL電路并聯(lián)電容C后，該電路電流為iL

15、c I；l。由圖2.1(b)相量圖可知，并聯(lián)電容器后電壓U和電流的相位差變小，即 供電回路的功率因數(shù)提高了，此時供電電流 的相位滯后于電壓U，這種情 況稱為欠補償。由圖2.1(c)相量圖可知，若電容C的容量過大，使得供電電流：的相位超 前于電壓U，這種情況稱為過補償。通常不希望出現(xiàn)過補償?shù)那闆r，這樣會引起變壓器二次電壓的升高，而 且容性無功功率在電力線路上傳輸同樣會增加電能損耗，如果供電線路電壓因此而升高，還會增大電容器本身的功率損耗，使溫升增大，影響電容器的 壽命。電力網(wǎng)除了要負擔用電負荷的有功功率 P，還要承擔負荷的無功功率 Q。有功功率P與無功功率Q還有視在功率S之間存在下述關系，即S

16、P2 Q2(2-2)P而 COS，S功率因數(shù)還可以表示成(2-3)PPCOS 二S V3UI可見在一定的電壓和電流下，提高COS ；其輸出的有功功率增大。因此, 改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設備潛力，提高設備利用率的有效方法。無功補償 的目的就是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，即提高有用功在電網(wǎng)發(fā)出的功率中的比 例。2.1.1電容器無功補償容量的確定米用分組補償時，補償容量由式 2 4和式2 5決定Qc 二 Pctg i -tg 2(2-4)或Qc腫Pc(2勺式中：Pc 由變配電所供電的月最大有功計算負載，kW ; 月平均負載，一般可取0.70.8;1 補償前的功率因數(shù)角，COS 1可取最大負載時的值；2 補償

17、后的功率因數(shù)角，參照電力部門的要求確定。q 電容器補償率，kvar/ kW，即每千瓦有功負載需要補償?shù)臒o 功功率，q 二 tg 1 -tg 電容器接法不同時，每相電容器所需容量也是不一樣的。(1) 電容器組為星形連接時亠J32J3(2-6)Q3Ul|c 10 =3C U L 10式中：Ul裝設地點電網(wǎng)線電壓，V ;Ic電容器組的線電流，A ；角速度，值為2 f ;C 每相電容器組成的電容量，F(xiàn)?？紤]到電網(wǎng)線電壓的單位常用kV，Qc的單位為kvar,則星形連接時每 相電容器組成的容量CY (單位：JF )為：Q/103(2-7)Cy =cT0U l(2) 電容器組為三角形連接時32J3(2-8)

18、Qc 二 3UlI C 10 =3 C Ul 10若線電壓Ul的單位為kV，則每相電容器的容量 c (單位：丄F )為:Qc 103c 3 U 2（2-9）2.1.2電容器的額定電壓選擇在并聯(lián)電容器裝置設計中正確地選擇電容器的額定電壓十分重要。電容器的輸出容量與其運行電壓的平方成正比 （即q = CU彳）、電容器運行在額 定電壓下則輸出額定容量，運行電壓低于額定電壓則達不到額定輸出，因此，電容器的額定電壓，取過大的安全裕度就會出現(xiàn)過大的容量虧損。運行電壓 高于額定電壓，如超過1.1倍，將造成不允許的過負荷，而且電容器內部介 質將產(chǎn)生局部放電，局部放電對絕緣介質的危害極大。由于電子和離子直接 撞

19、擊介質，固體和液體介質就會分解產(chǎn)生臭氧和氮的氧化物等氣體，使介質 受到化學腐蝕，并使介損增大，局部過熱，并可能發(fā)展成絕緣擊穿。為了使 電容器的額定電壓選擇合理，達到經(jīng)濟和安全運行的目的，在分析電容器端 子上的預期電壓時，應考慮下面幾種情況：（1）并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)后引起電網(wǎng)電壓升高；（2）諧波引起的電網(wǎng)電壓升高；（3）裝設串聯(lián)電抗器引起電容器端電壓升高；（4）相間和串聯(lián)段間的容差，將形成電壓分配不均，使部分電容器電 壓升高；2.1.3電容器的接線方式電容器接線方式的不同，決定了補償方式的不同。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（丫接法）、三角形和星形 相結合

20、接法（ -丫接法）。相應的補償方式為三相共補、三相分補、三相共補 與三相分補相結合。三角形接法的優(yōu)點是投資少、控制方便，缺點是補償精 度差，在三相負載不平衡時，容易出現(xiàn)有的相過補或者有的相補償不充分， 所以三角形接法主要用于三相對稱性負荷。星形接法是根據(jù)每相的無功功率 進行補償。因此不會造成無功過補，但裝置造價要比三角形接線高得多，控 制也相對復雜。三角形和星形相結合的接法綜合了以上兩種接法，在補償方 式上既有共補又有分補。（1）三角形接線三角形接線對應于三相共補的方式。 三相共補的方式是根據(jù)控制器統(tǒng)一 取樣，各相投入相同的補償容量，這種補償方式的接線如圖2.2所示。適用于三相負載基本平衡、各

21、相負載的功率因數(shù)相近的網(wǎng)絡。rmLH空氣開關無觸點開關負載圖2.2并聯(lián)電容器三角形接法（2）星形接線星形接線對應于三相分補方式。三相分補方式就是各相分別取樣，各相 分別投入不同的補償容量。適用于各相負載相差較大，其功率因數(shù)值也有較 大差別的場合。接線如圖2.3所示。TLHA/D丨單片機空氣開關負載圖2.3并聯(lián)電容器星形接法（3）三角形和星形相結合接線三角形和星形相結合接線對應于三相共補與三相分補相結合方式，接線方案如圖2-4所示。三相共補部分的電容器為接線。三相分補部分的電容器 為丫接線，這種接線方式的補償裝置，運行方式機動靈活，其成套價格低于 圖2-3的接線方案，但要高于圖2.4的接線方案。

22、圖2.4并聯(lián)電容器三角形星型接法由以上分析可以看到。電容器的星形接線方式和三角形與星形相結合的 接線方式，雖然不會造成無功過補，但這兩種方式控制復雜且電容器的造價 高；同時，高精度的無功功率和電壓檢測又是無功補償?shù)年P鍵環(huán)節(jié)，這兩種 接線方式由于分相控制需要，三相電流和電壓均要分別檢測，不僅大大增加 了硬件設備投入，還增大了補償裝置的體積和重量。使得該部分在整個補償 系統(tǒng)造價中占較大比重。本課題的設計是針對三相負載相對平衡的網(wǎng)絡，因此采用三角形接線， 裝置造價低且不易出現(xiàn)過補。主接線如圖 2.5。圖2.5 一次設備主接線圖中國礦業(yè)大學2009屆本科生畢業(yè)設計第49頁2.1.4串聯(lián)電抗器串聯(lián)電抗器

23、的主要作用是抑制諧波和限制涌流，電抗率是串聯(lián)電抗器的 重要參數(shù)，電抗率大小直接影響著它的作用。選用電抗率就要根據(jù)它的作用 來確定。當電網(wǎng)中諧波含量甚少，裝設串聯(lián)電抗器的目的僅為限制電容器組 追加投入時的涌流，電抗率可選得比較小，一般為0.1%1%在計及回路連 接電感影響后，可將合閘涌流限制到允許范圍。在電抗率選取時可根據(jù)回路 連線的長短確定靠近上限或下限 。當電網(wǎng)中存在的諧波不可忽視時，則應考慮利用串聯(lián)電抗器抑制諧波。 為了確定合理的電抗率，應查明電網(wǎng)中背景諧波含量，以便對癥下藥。電網(wǎng) 中通常存在一個或兩個主諧波，且多為低次數(shù)諧波。為了達到抑制諧波的目 的，電抗率配置應使電容器接入處綜合諧波阻

24、抗呈感性。通常電抗率應這樣 配置：(1) 電容器裝置接入處的背景諧波為 3次 3次諧波含量較小，可選擇0.1 %1 %的串聯(lián)電抗器，但應驗算電容 器裝置投入后3次諧波放大是否超過或接近國標限值，并且有一定的裕度。 3次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標限值，選擇12%或12 %與4.5 %6%的串聯(lián)電抗器混合裝設。(2) 電容器裝置接入處的背景諧波為3次、5次。3次諧波含量很小，5次諧波含量較大(包括已經(jīng)超過或接近國標限 值)，選擇4.5 %6%的串聯(lián)電抗器，忌用0.1 %-1 %的串聯(lián)電抗器。 3次諧波含量略大，5次諧波含量較小，選擇0.1 %1%的串聯(lián)電抗 器，但應驗算電容器裝置投入后3次諧

25、波放大是否超過或接近國標限值，并 且有一定的裕度。 3次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標限值，選擇12%或12 %與4.5 %6%的串聯(lián)電抗混合裝設。(3) 電容器裝置接入處的背景諧波為5次及以上。5次諧波含量較小，應選擇4.5 %6%的串聯(lián)電抗器。5次諧波含量較大，應選擇4.5 %的串聯(lián)電抗器。(4) 對于采用0.1 %1 %的串聯(lián)電抗器，要防止對5次、7次諧波的嚴重放大 或諧振；對于采用4.5 %6%的串聯(lián)電抗器，要防止對3次諧波的嚴重放大 或諧振。2.1.5接觸器常用的接觸器接通時，由于兩側電壓差較大，接通瞬間會產(chǎn)生火花放電 現(xiàn)象。同時，電容器在階躍電壓作用下，會出現(xiàn)瞬間峰值電流，峰值電

26、流是 額定電流的數(shù)倍，這對電容器是極為不利的。為了避免這一系列問題，本設計中選擇專用于投切電容器的交流接觸器 其額定參數(shù)主要有電流值、電氣壽命、控制端電壓。電流值常根據(jù)其通斷電 容器電流的1.31.5倍選擇，如KEC2C系列交流接觸器這種接觸器能抑制接通 電容器瞬間所出現(xiàn)的涌流，特別適用于帶有微機控制的無功功率自動補償裝 置。2.2無功補償控制器功能設置一個設計良好的無功補償控制器是智能化的，有很強的適應能力， 能兼顧線路的穩(wěn)定性及檢測及補償效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測。為很好發(fā)揮補償裝置的效果，應具備以下功能：1、基本功能(1) 數(shù)據(jù)記錄功能： 180天內日最高、最低電壓、電流、

27、功率因數(shù)及出現(xiàn)時間； 最近180天內整點電壓、電流、無功功率、功率因數(shù)； 動作前、動作后運行數(shù)據(jù)； 電容器運行時間累計；停電時間記錄，上電時間記錄。(2) 電參數(shù)監(jiān)測功能：對電壓、電流、無功功率、功率因數(shù)實時監(jiān)測。(3) 顯示功能：LCD實時顯示時鐘、檢測的電參數(shù)、動作次數(shù)、電容器運行時間等。(4) 用戶設置功能：可通過鍵盤對其控制定值進行修改，對其時鐘進行校準，進行手動與 自動投轉換。(5) 通信接口：配置RS-232/485接口，與上位機通信，可抄取控制器的實時電測參數(shù) 及控制定值。2、保護功能(1) 電容器放電時間保護：電容器放電時間一般取10分鐘，在該時間內，自動控制裝置不發(fā)合閘 命令

28、，即指電容切除后，需延時10min再進入控制。另一方面，裝置通電后 延時10min后再進入運行狀態(tài)，在進入任何控制方式之前必須延時 10分鐘(2) 過電壓保護：電容器的過電壓包括分、合閘過電壓。分閘過電壓是由于切除電容器組 時因開關的重燃而引起的，當開關斷開或電流熄滅后殘留在電容器組的電荷 在短時間內無法釋放，此時電容器組上將殘留直流電壓，當開關弧隙恢復的 速度低于恢復電壓增長的速度，則有可能發(fā)生重擊穿。引起電磁振蕩，產(chǎn)生 重燃過電壓。合閘過電壓包括非同期合閘過電壓和合閘時觸頭彈跳過電壓。 其中非同期合閘過電壓是指當一相先合閘使電容充電，而其他兩相接通時可能遇到大小相等、方向相反的工況。而產(chǎn)生

29、非同期合閘過電壓。合閘時觸頭 彈跳過電壓是指真空開關的觸頭在接通瞬時發(fā)生彈跳，而此時電容上已經(jīng)充有電荷，當觸頭再次接通時就會產(chǎn)生合閘過電壓。當電網(wǎng)電壓高于設定的過電壓值時，經(jīng)設定的延時，發(fā)跳閘命令，使電 容器組脫離電網(wǎng)。電壓恢復正常時，自動控制裝置正常工作。(3) 欠壓保護：電容器低電壓包括電容器組所接母線的電壓短時消失或供電短時中斷 發(fā)生下列情況會造成過電壓。 電容器組放電未完畢即合閘，可能產(chǎn)生很大的沖擊電流和瞬時過電 壓,損壞電容器。 變電站恢復送電時，若空載變壓器與電容器同時被投入，過渡過程 可能導致電容器的過電壓或過電流。當電網(wǎng)電壓低于設定的欠壓值時，并經(jīng)設定的延時，發(fā)跳閘命令，使電

30、容器組脫離電網(wǎng)。當電壓恢復正常后，自動控制裝置正常工作。(4) 過電流保護：電容器組的過電流保護，是其引線的相間短路保護，當其定值按電容器 組的額定電流1.5倍整定時，對電容器的內部故障，也可以起到一定的保護 作用，可以作為電容器內部故障的后備保護。為了躲過投入時的勵磁涌流 還需帶0.2S左右的時限電容器電流大于設定的過電流值，并經(jīng)設定的延時時間，控制器故障燈 亮，并發(fā)出跳閘命令，使電容器組脫離電網(wǎng)，并永久閉鎖裝置，處理后需人 工解除閉鎖。(5) 過流速斷保護：當電容器電流大于設定的速斷電流值，并經(jīng)設定的延時時間，發(fā)出跳閘 命令，使電容器組脫離電網(wǎng)。自動控制裝置閉鎖 30分鐘，之后試合閘一次,

31、 若電容器電流仍大于設定的速斷電流值，控制器故障燈亮，發(fā)跳閘命令控制 開關跳閘，自動控制裝置永久閉鎖，處理后需人工解除閉鎖。反之，自動控制裝置正常工作。(6) 缺相保護：自動控制裝置檢測三相電流當中任意一相為零時，裝置發(fā)跳閘命令，控 制器故障燈亮，并永久閉鎖裝置，處理后需人工解除閉鎖。(7) 開關拒動保護：自動控制裝置發(fā)出控制命令后，開關拒動時，自動控制裝置經(jīng)5分鐘時間延時，再發(fā)相同控制命令控制開關動作，若再次拒動，故障燈亮，自動控 制裝置將永久閉鎖，處理后需人工解除閉鎖。3、控制功能控制器采用模糊控制策略，除完成根據(jù)負荷無功功率投切電容器組外， 還具有以下功能特點。(1) 采用先進的技術，控

32、制電壓和無功功率在一定范圍內，同時避免電 容器的投切振蕩問題。(2) 輸出程序為先接通先分斷，先分斷先接通的循環(huán)工作方式。(3) 設有功率因數(shù)滯后、超前和過電壓指示，并在過電壓時自動快速切 除電容器組，分斷時小于1分鐘。(4) 具有手動和自動操作方式，自動時可自動跟蹤檢測功率因數(shù)及無功 電流，控制電容器組投切，手動時可人工控制投切。(5) 具有一定的抗干擾能力，能抵御從電源直接輸入的幅值2000V的干擾脈沖。2.3并聯(lián)補償電容器裝置的分組當補償電容總的安裝容量確定后，需進一步考慮如何分組。無功分組過 多，需要的開關設備就多，投資就大。分組過少，則負荷變化較大的情況下， 很難補償?shù)嚼硐氤潭?。往?/p>

33、造成投入一組會過補償，切去一組又會欠補償。 因此，分組應按照一定的原則，具體針對性質、設置無功補償?shù)闹饕康摹?母線電壓波動等要求進行切合實際的分組 。2.3.1分組原則并聯(lián)電容器裝置的分組主要由系統(tǒng)根據(jù)電壓波動、負荷變化等因素確 定，根據(jù)電氣一次設備選擇要求提出意見。(1) 對于單獨補償?shù)哪撑_設備，例如電動機、小容量變壓器等用的并聯(lián)電 容器裝置，不必分組，可直接與該設備相連接，并與該設備同時投切。(2) 配電所裝設的并聯(lián)電容器裝置的主要目的是為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。此時，為保證一定的功率因數(shù)，各組應能隨負荷的變化實行自動投切。 負荷變化不大時，可按主變壓器臺數(shù)分組，手動投切。(3) 終端變電

34、所的并聯(lián)電容器裝置，主要是為了提高電壓和補償主變壓器 的無功損耗。此時，各組應能隨電壓波動實行自動投切。投切任一組電容器 時引起的電壓波動不應超過2.5%。(4) 對于110220kV、主變壓器帶有載調壓裝置的變電所，應按有載調 壓范圍分組，并按電壓或功率因數(shù)的要求實行自動投切。(5) 每組電容器的容量應保證做到：與串聯(lián)電抗器的額定參數(shù)相匹配；使斷路器能夠正常開斷，并盡量不發(fā)生重擊穿；當一臺電容器故障時，本組電 容健全電容器向故障電容器的放電能量不得超過單臺電容器外殼所允許的 爆裂能量值；使通過放電線圈的放電能量不得超過其允許的放電容量值：使 各組容量之和應等于或略大于預想的并聯(lián)電容器裝置的容

35、量，即電網(wǎng)需要補償?shù)淖畲笕菪詿o功量等。2.3.2分組方式當組數(shù)確定后，按每組電容量的分配有兩種不同的分組方式。一種為等 容量分配方式，另一種為非等容量分配方式。(1) 等容量分配方式等容量分配方式就是把總的補償電容安裝容量 Q平均分配到各組。即設 分組數(shù)為n ,則每組容量為Q n ,投入運行時，這種分組方式可以得到n 1 種不同補償容量的組合。這種分組方式是目前實際應用較多的一種。它要求 分組斷路器不僅要滿足頻繁切合并聯(lián)電容器組的要求，而且還要滿足開斷短路的要求。由于各組容量均相等，所以運行時可以循環(huán)投切?？墒垢鹘M電容器組投 入運行的時間基本相等，以保持相同的壽命，相同的設備檢修周期。(2)

36、非等容量分配方式為了使較少的分組數(shù)，能得到較多的容量組合，可采用非等容量分配方 式。設分組數(shù)為n，則每組容量為：(n=1,2,3 )(2-10)對于第n組電容器其電容量最大，但投切該電容器時引起所在母線的電 壓波動不應超過2.5%。非等容量分配方式的各分組容量之間成級數(shù)關系遞增，從而使并聯(lián)電容器裝置可按不同投切方式得到多種容量組合，換言之，可用比等容量分組方式少的分組數(shù)目，達到更多種容量組合運行的要求，從而節(jié)約了回路設備數(shù), 減少了設備占地，減少了投資。雖然非等容量分配方式同等容量分配方式同樣可以向電網(wǎng)提供可階梯 調節(jié)的容性無功，且每一階梯的無功功率變化幅值相等，但它在改變容量組 合的操作過程

37、中，會引起無功功率較大的變化，并可能使分組容量較小的分 組斷路器頻繁操作，使得斷路器檢修間隔時間縮短，從而使電容器組退出運 行的可能性增加。因此這種分組方式在目前運行的變電所中應用較少，應用 范圍有限。為減少在投切時造成無功功率大的變化和提高電容器組的使用壽命，本 設計選擇等容量分組方式。3無功補償?shù)臏y量算法及控制策略3.1無功檢測算法受電網(wǎng)中的諧波源影響要想取得無功補償?shù)淖罴研Ч?，首先必須準確地測量電壓、電流、有功功率、無功功率等參數(shù)。本控制器采用同時采樣三相 電壓、三相電流，利用快速傅里葉變換 (FFT)算法對電網(wǎng)中的電參數(shù)進行實 時測量，只需3次FFT就可計算出三相電壓、三相電流的FFT

38、結果。其中一相 電壓和電流的測量算法如下：若同時采樣N點電壓序列Ln 和電流序列i n 則可以構造一個復序列：(3-1)x n v-u n ji n 0 乞 n N -1對于復序列*n ?，其離散傅里葉變換(DFT)為N.X K 二 DFT lx n 丄 x n e2：N nK n=0由式(3-1)得:(3-2)un =fxn x nin1 x n - x n II 2j x對式(3-2)進行DFT變換，并考慮其復共軛性質，則可得到電壓、電流的頻譜 為1xU(K )= X(K )+ X(N - K )2 X11(3-3)I K 二 一 X K - X N - K II2J人式中X K和X ”

39、N - K分別是x n和x” n的DFT變。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理過程 中，對式(3-3)進行FFT變換，禾U用式(3-3)的變換方法得到電壓、電流的頻譜。設U K為u t第K次諧波的向量表示I K為i t第K次諧波的向量表示， 則電壓、電流向量與其頻譜有如下關系：2 ju K =U ( K )N(3-4)2 jj K i這樣，可導出此相各次1空Kz1：2N-1諧波電壓、電流的有效值(Uk,Ik)和有功功率(Pk)為:(3-5)(3-6)(3-7)Uk =1XrKXrNK】2X KXNK】2J2NIk二 1XR K XrNKF % K 人 N K12.2N1PTWiTOI圖4.2 MSP430F149

40、的結構框圖7P1 PJ P3 P4 P& P&MD9,3Bii- ACLH- GMCLkXT30UTMCLKJTAGiW IT Rffl-2hue ie-B：TDTCLKMPY M=-Y5 MAC.MACS曲 B FlwJl2KB RAM2K3 RAMTirnsr 37I I- E .r lirawaxMuh.jp beA0C12flTlmef A3JCCR*flC嘶IUI.O Pgg1B hg1BLD11fl I/OsiFTirPupt7ZPORUSARTDUSART1HART ModvSl NodeLAR- Msd43FI ModeMSP430F149單片機內部集成了 60K ROM ,

41、2K RAM。具有如的特性： 低工作電壓1.8-1.6V，超低功耗有5種節(jié)能模式，其中LPM4數(shù)據(jù)保持模式 僅耗電0.13，活動狀態(tài)耗電為200A ；從低功耗模式到活動狀態(tài)只需6S， 功能強大的CPU內核16位RISC結構，高效的內部尋址方式；在 8MHz時 可得到125nS的指令周期；具有16個快速響應中斷，能及時處理各種緊急事 件；具有豐富的片內外圍模塊：12位的A/D轉換器具有8個外通道、4個內通道。溫度傳感器、電池電壓探 測、兩路片內基準、數(shù)據(jù)保持定時器，以及帶有可編程自動掃描特性的、 可控制的16字轉換緩沖器，該數(shù)模轉換器可提供 200KSPS的數(shù)據(jù)吞吐量；16位Timer_A與Ti

42、mer_B可方便地實現(xiàn) UART，PWM斜坡ADC，并且 Timer_A帶有5個比較捕獲寄存器(CCR)，Timer_B帶有7個比較捕獲寄存 器(CCR)；2個通用串行口 UARTO和UART1、一個SPI串行口；硬件乘法器可快速執(zhí)行8 8，8 16，16 16整型乘法操作，并在一個機 器周期立即得到結果；6個8位I/O端口 PI-P6,共48條I/O口線。其中P1、P2具有外部中斷能力靈活的時鐘系統(tǒng)由可編程內部電阻控制頻率的 DC0，由單一電阻控制頻率的 DC0； (!可使用外部時鐘源；32768Hz晶體產(chǎn)生低頻時鐘；高頻晶體產(chǎn)生高頻時 鐘；片上獨立的看門狗；片內有flash信息存儲器，可用于保存數(shù)據(jù)或程序4.1.1存儲電路系統(tǒng)需要對180天的整點數(shù)據(jù)和投切、報警數(shù)據(jù)進行存儲，其中僅固定的 整點數(shù)據(jù)就有90K