低压配电网中无功补偿智能电容器的研究与设计

摘要

近年来，随着配电网中电力电子设备和感性负载的广泛应用，电网系统无功不足的问题也日益突出，为解决这个问题，通常需要装设无功补偿装置。但是传统的硬件电子电路组成的补偿装置存在补偿精度低、补偿速度慢、投切方式不合理等问题。因此，研制智能化、高速度、可靠性高的智能无功补偿装置，对低压配电网的无功补偿具有十分重要的意义。
　　本文以对配电网进行无功补偿、提高功率因数、改善电能质量为背景，设计了一种基于TMS320F28335的低压智能电容器。首先研究探讨了智能电容器的工作原理，主要包括电容器无功补偿原理、补偿容量的确定、过零投切技术、电容器投切控制方式以及电网参数计算方法等。然后根据智能电容器的设计规范与标准，在考虑经济性、可靠性的条件下，确定智能电容器的整体设计方案。在投切方式上，选择电压、无功十一域图投切控制方式，避免了电容器“投切振荡”现象的出现。为了满足信号监测实时性的要求，电网参数的计算采用滑动FFT算法。
　　设计的内容主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。其中硬件设计主要有信号的采样和调理电路，辅助电源电路，复合开关电路，人机接口界面，温度检测电路，CAN总线通信电路以及DSP的外围电路等。软件设计采用CCS3.3开发环境进行程序的编写，并通过模块化设计思想，使软件设计更加简单易懂、便于编写调试。软件设计主要包括系统主程序以及各个子程序的设计，并给出相应的流程图以及对其进行详细地说明。最后通过MATLAB/Simulink对智能电容器组成的无功补偿系统进行仿真验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 无功补偿的概念及研究意义

1．3 无功补偿技术的研究状况

1．3．1 无功补偿装置的发展

1．3．2 无功补偿装置的发展趋势

1．4 本文研究的主要内容及安排

2 智能电容器的工作原理

2．1 并联电容器补偿原理

2．2 电容器补偿容量与分组方式

2．3 过零投切技术原理

2．4 电容器投切控制方式

2．4．1 单一变量控制方式

2．4．2 综合控制方式

2．4．3 模糊控制方式

2．4．4 本文采用的控制方式

2．5 电网参数的计算方法

2．5．1 传统的FFT算法

2．5．2 滑动FFT算法

2．6 本章小结

3 智能电容器的总体设计

3．1 功能要求

3．2 性能指标

3．3 智能电容器的设计

3．3．1 电容器的接线方式

3．3．2 智能电容器的保护

3．3．3 智能电容器的构成

3．4 智能无功补偿系统的架构

3．5 本章小结

4 智能电容器的硬件设计

4．1 控制器的整体结构介绍

4．2．1 TMS320F28335介绍

4．2．2 DSP最小系统

4．3 电网信号采集与调理电路

4．3．1 辅助电源电路

4．3．2 信号采样电路

4．4 复合投切开关电路

4．4．1 过零检测电路

4．4．2 晶闸管驱动电路

4．4．3 磁保持继电器驱动电路

4．5 人机接口界面

4．5．1 液晶显示电路

4．5．2 按键电路

4．5．3 指示灯输出电路

4．6 温度检测电路

4．7 CAN总线通信电路

4．8 本章小结

5 智能电容器的软件设计

5．1 系统软件开发环境介绍

5．2 系统主程序设计

5．3 中断服务子程序设计

5．3．1 捕获中断程序

5．3．2 AD采样中断程序

5．4 数据处理子程序设计

5．5 投切控制子程序设计

5．6 人机界面子程序设计

5．6．1 按键程序

5．6．2 液晶显示程序

5．7 通信子程序设计

5．8 保护子程序设计

5．9 本章小结

6 仿真分析

6．1 仿真模型搭建

6．2 仿真结果分析

总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要科研成果