基于DSP的TSC无功补偿系统的设计

摘要

随着电力负荷种类和各用电单位的不断增加，保证电力系统维持较高的电能质量就变得更加困难。在电力系统中，三相不平衡以及功率因数低下的情况非常普遍，因此为了保证电力系统的安全、高效、稳定地运行，对于电力系统无功补偿相关技术的研究就显得很有必要。
　　本文在对无功补偿系统发展的现状和无功补偿基础理论研究的基础上，对目前应用广泛的TSC无功补偿系统进行了深入研究，并设计了一种基于DSP的TSC型无功补偿系统。该系统通过DSP主控芯片控制电力系统进行无功补偿的相关操作，整个系统分硬件和软件两部分进行设计，主要包括电力系统数据量的采集模块，相关电力参数计算模块，键盘和LCD人机对话模块，补偿动作判断以及补偿量计算模块，投切电容模块等。其中对于无功补偿算法进行了深入研究与改进，通过对电力系统各相无功功率和有功功率的计算得到所需补偿的无功容量，在得到的几组补偿量中选择最优策略，使得无功补偿系统在提高功率因数的同时也能降低三相不平衡度。最后对无功补偿算法进行了Simulink仿真，对所设计完成的TSC样机进行了现场的运行测试。
　　通过对算法的软件仿真和对样机系统的测试结果表明，本TSC无功补偿系统在硬件、软件设计以及对无功补偿算法的研究改进上均有较强的可行性和操作性，系统性能达到了预期设计的目标。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 无功补偿方式和补偿装置的分类

1．3 无功补偿装置的研究现状和发展

1．3．1 同步调相机及MSC

1．3．2 电容补偿器

1．3．3 SVC

1．4 无功功率理论基础

1．4．1 正弦信号无功功率和功率因数

1．4．2 非正弦信号无功功率和功率因数

1．5 本论文主要完成的工作和内容

第二章 TSC型静止无功补偿装置

2．1 TSC的基本结构和接线方式

2．1．1 TSC的单相基本结构

2．1．2 晶闸管投切电容器的接线方式

2．2 电容器的投切过程分析及投切时刻选取

2．2．1 电容器投入励磁涌流分析

2．2．2 电容器的投切时刻选取

2．3 投切电容器的控制策略

2．4 TSC系统电容器组的分组方式

2．5 本章小结

第三章 无功补偿相关算法的研究与优化

3．1 AD数据转换及后续电力参数的计算

3．1．1 AD数据转换

3．1．2 相关电力参数计算

3．2 无功补偿算法的研究与优化

3．2．1 理论准备

3．2．2 不平衡负载Y形接线时的补偿模型推导

3．2．3 不平衡负载△形接线时的补偿模型推导

3．2．4 负荷为星形和三角形混合接线方式的综合无功补偿模型

3．3 无功补偿相关算法总述

第四章 补偿系统的硬件结构设计

4．1 硬件的结构和选型

4．2 DSP电路板的设计

4．2．1 TMS320F2812介绍

4．2．2 电源模块

4．2．3 时钟及复位电路

4．3 外围电路的设计

4．3．1 交流模块

4．3．2 锁相倍频电路

4．4 信号调理模块及AD采样模块

4．4．1 ADS8364采样芯片

4．4．2 信号采样前端调理模块

4．4．3 ADS8364与DSP的连接电路设计

4．5 CPLD模块及附属模块的设计

4．5．1 CPLD选择及其连线图

4．5．2 CPLD实现人机对话模块设计

4．6 投切触发模块设计

4．6．1 投切开关的选择

4．6．2 光耦控制晶闸管触发电路设计

4．6．3 交流接触器触发电路

4．7 硬件抗干扰措施

4．8 本章小结

第五章 补偿系统的软件结构设计

5．1 软件设计综述

5．1．1 软件开发环境

5．1．2 软件设计要求

5．2 软件主程序设计

5．3 人机模块设计

5．3．1 按键模块设计

5．3．2 LCD显示模块设计

5．4 AD采样模块设计

5．5 保护判断模块设计

5．6 无功补偿判断模块

5．7 投切控制模块

5．8 软件综述

第六章 系统软件仿真及测试

6．1 Simulink仿真软件平台相关概述

6．2 无功补偿算法仿真

6．3 系统样机测试

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 论文总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文