DSP智能无功补偿及谐波抑制的研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展和广泛应用,电力系统中非线性大功率干扰性负荷的种类、数量都在迅速增加,多数非线性负载的冲击性和不平衡性使电网的无功损耗增加,并造成波形畸变。大量的无功功率在电网中传输将使电能利用率大大降低且严重影响供电质量,波形畸变造成的谐波对电网带来极大的危害,若不加以控制,会严重影响电网安全、经济的运行。因此在电网中装设无功补偿装置成为满足电网无功需求,节约电能的重要方法。目前电力系统无功补偿措施尚存在以下问题即:无功补偿装置运行可靠性低、优化性能差、运行不经济;以传统的投切电容方式来投切电力电容器不科学,在轻载时会出现反复投切致使设备寿命缩短;在投切电力电容时没有考虑各电容使用的次数应基本平衡;当电力系统出现较强的高次谐波时,功率因数控制器测量出现紊乱,系统失控。针对当前供电系统存在的问题和常用无功电容补偿装置存在的不足,作者对电力系统的实际运行情况进行了广泛的调研,就如何解决上述问题进行了深入研究。本文首先介绍了国内外无功补偿应用的现状和发展趋势,以无功功率理论为基础,分析并研究了一种新型的以TMS320LF2407DSP芯片为核心的智能无功补偿装置。此无功补偿装置主要针对大中型工矿企业功率因数低,不能满足供电部门的要求而设计,具有谐波抑制功能,能够防止因过电压,过电流等原因而导致电容爆炸或由于电容的投切不合理造成电能质量变坏。在硬件上本装置采用DSP芯片自动测量系统电压,工作电流,电容电流,功率因数,无功功率,并采用进口晶闸管控制投切电容器组,实现全数字化,液晶显示,具有联网通讯功能。在软件上,采用C语言编程,遵循模块化设计的原则,提高了系统的通用性并易于以后的维护和升级。本装置在电厂进行试验,实验结果表明,该控制器具有投切控制测量精确,动态抑制系统谐波,实时跟踪负荷变化,电容投切准确快捷,高可靠性,操作方便,响应速度快等优势,完全满足实时控制的要求,证明了方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无功功率补偿以及谐波抑制的目的及意义
• 1.2 国内外无功补偿技术的应用现状
• 1.2.1 国内无功补偿的技术现状
• 1.2.2 国外无功补偿的技术现状
• 1.3 无功补偿技术以及谐波抑制的的发展趋势
• 1.4 本课题所做的主要工作
• 第2章 DSP无功补偿及谐波抑制涉及的相关内容
• 2.1 无功补偿的原理以及物理意义
• 2.1.1 无功补偿的原理
• 2.1.2 无功补偿的物理意义
• 2.2 无功补偿的主要方法和主要无功补偿装置
• 2.2.1 无功补偿的主要方法
• 2.2.2 无功补偿的主要装置
• 2.3 谐波在电网中的危害及抑制
• 2.3.1 谐波在电网中的危害
• 2.3.2 谐波在电网中的抑制
• 2.4 公用配电网的现状及存在问题
• 2.4.1 供电线路损失情况
• 2.4.2 配变电损失分析
• 2.5 智能无功补偿带来的经济效益及社会效益
• 2.5.1 10kV配电线路无功补偿效益分析
• 2.5.2 配电变压器无功补偿经济效益分析
• 第3章 系统总体设计和方案论证
• 3.1 系统的总体设计
• 3.2 系统的方案论证
• 3.2.1 无功补偿控制量的选择
• 3.2.2 谐波抑制装置选择
• 第4章 DSP智能无功补偿装置的硬件设计
• 4.1 硬件结构概述
• 4.2 DSP处理模块
• 4.3 信号处理模块
• 4.3.1 信号采集部分
• 4.3.2 信号调理部分
• 4.4 FFT算法实现谐波测量和电网参数的计算
• 4.4.1 FFT算法的基本原理及其特点
• 4.4.2 FFT算法的DSP实现
• 4.4.3 谐波计算
• 4.4.4 电压电流的有效值计算
• 4.4.5 功率因数计算
• 4.4.6 无功功率计算
• 4.5 液晶显示模块
• 4.6 键盘模块
• 4.8 电容模块
• 4.8.1 补偿容量的计算
• 4.8.2 补偿电容组的接线方式
• 4.8.3 补偿电容组的分组
• 4.8.4 电容控制开关
• 4.8.5 补偿电容的保护及放电装置
• 4.8.6 补偿电容器组的整体结构
• 4.9 投切控制电路模块
• 4.10 通讯模块
• 4.11 硬件电路抗干扰设计
• 4.11.1 滤波技术
• 4.11.2 退耦技术
• 4.11.3 屏蔽技术
• 4.11.4 接地技术
• 4.11.5 隔离技术
• 第5章 DSP智能无功补偿装置的软件设计
• 5.1 系统软件综述
• 5.2 主程序设计
• 5.2.1 主程序思想
• 5.2.2 程序的主要说明
• 5.2.3 主程序流程图
• 5.3 子程序设计
• 5.3.1 TMS320LF2407初始化子程序设计
• 5.3.2 显示模块子程序设计
• 5.3.3 键盘模块子程序设计
• 5.3.4 信号采集模块子程序设计
• 5.3.5 投切判断子程序
• 5.3.6 DSP与上位机通讯子程序
• 5.4 软件抗干扰设计
• 5.4.1 滑动滤波
• 5.4.2 软件陷阱
• 5.4.3 看门狗
• 第6章 运行与调试
• 6.1 调试平台
• 6.2 硬件调试
• 6.2.1 DSP的安装调试
• 6.2.2 显示模块的安装调试
• 6.2.3 接入模块的安装调试
• 6.3 软件调试
• 6.3.1 电流，电压，谐波以及功率因数读取显示子程序
• 6.3.2 键盘设定子程序的调试
• 6.3.3 通讯的调试
• 6.4 整机调试
• 6.4.1 初试
• 6.4.2 整机运行调试
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢