基于dsPIC的智能无功补偿装置研究

摘要

在电力网中，无功功率是影响电压稳定的一个重要因素，它关系到整个电力系统能否安全可靠的运行，而无功补偿是保证电力系统高效稳定运行的有效措施之一。传统的无功补偿装置把晶闸管开关、空气开关、控制单元及电容器等零散地分布在配电柜中，并且一台控制器控制多台电容器，这样一旦控制器故障，整台装置不能正常工作。本文研制的智能无功补偿装置采用积木式结构，每台电容器由单独的控制器控制，加强了系统可靠性。本文主要研究内容如下: 首先，重点研究探讨了智能无功补偿的关键技术，包括无功的测量方法，无功补偿控制量、控制方式的选取、快速傅里叶变换(FFT)以及过零点开关技术。根据无功补偿装置的功能规范及相关标准，并从经济性、可靠性等实际情况出发，确定了智能无功补偿装置的整体设计方案。 接着分别从硬件和软件两个方面详细介绍了智能无功补偿装置的设计过程。硬件上，采用的主控制芯片是由microchip公司生产的dsPIC30F6014A，完成了采集处理，核心算法，以及数据显示、键盘控制、数据通信等功能;并运用MATLAB仿真软件搭建了无功补偿装置过零点投切的基本模型，根据不同情况下投入电容器电压、电流波形，并考虑经济性，选择无残压下投入电容的方案，设计了过零点投切开关电路。在软件上，在MPLAB环境下，采用C语言编程，遵循模块化设计的原则;在投切控制算法上，采用改进的电压、无功综合控制方式，避免过补偿和投切振荡。该装置还具有缺相、过压、欠压等保护功能。 最后利用实验样机进行调试试验，包括电网数据的测量、保护功能、无功补偿等性能的测试以及过零点投切实验。试验结果表明:该装置能够在过零点投切电容器，保证投切过程无涌流，并且响应速度快，能够实时对电网所需的无功功率补偿，提高电网的功率因数，改善电能质量;同时也说明了本课题的方法理论合理，装置实用可靠。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 无功补偿装置研究现状及发展趋势

1．2．1 无功补偿装置的发展概况

1．2．2 智能无功补偿装置的特点及发展趋势

1．3 课题研究的主要内容

第二章 智能无功补偿装置关键技术的研究

2．1 无功补偿的基本原理

2．2 无功功率的定义和理论

2．2．1 正弦电路的无功功率定义

2．2．2 非正弦电路的无功功率理论

2．3 无功补偿控制方式的选取

2．3．1 单一物理量控制方式

2．3．2 综合控制方式

2．3．3 本文所采取的控制方式

2．4 基于快速傅里叶变换(FFT)的电力参数计算

2．5 过零点投切技术

2．5．1 过零点投切技术原理

2．5．2 过零点开关投切控制过程

2．6 本章小结

第三章 智能无功补偿装置的硬件系统设计

3．1 智能无功补偿装置的功能特点

3．2 智能无功补偿装置整体结构

3．3 dsPIC30F6014A介绍

3．4 智能无功补偿装置硬件系统设计

3．4．1 模拟信号采集电路的设计

3．4．2 电源电路设计

3．4．3 通讯模块设计

3．4．4 人机接口电路设计

3．5 过零点投切开关电路设计

3．5．1 过零点投切仿真分析

3．5．2 过零点开关硬件电路设计

3．5．3 过零点投切开关驱动电路

3．6 硬件抗干扰措施

3．7 本章小结

第四章 智能无功补偿装置的软件系统设计

4．1 软件主程序设计

4．2 子程序设计

4．2．1 A／D采样程序设计

4．2．2 频率采样中断

4．2．3 FFT程序设计

4．2．4 通讯模块子程序设计

4．2．5 人机接口子程序设计

4．3 过零点开关程序设计

4．4 本章小结

第五章 实验结果与数据分析

5．1 实验样机

5．2 实验结果与分析

5．2．1 保护实验

5．2．2 过零点投切实验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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