軋鋼用靜止無功補(bǔ)償裝置控制器的研制

日期：

2023-04-14 09:55

1 系統(tǒng)組成及工作原理
1．1 TCR基本結(jié)構(gòu)及原理
TCR的單相基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，而三相多采用三角形聯(lián)結(jié)。這樣的電路并到電網(wǎng)上，相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)嘲。其中與晶閘管串聯(lián)的電抗器為儲能元件，吸收感性無功，通過調(diào)整觸發(fā)延遲角改變系統(tǒng)等效電納，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償器的等效電抗，達(dá)到調(diào)節(jié)感性無功的作用。
1．2 TCR+FC型SVC的組成及原理
TCR+FC型SVC主要由三部分構(gòu)成：FC濾波器、TCR晶閘管控制電抗器和控制保護(hù)系統(tǒng)，如圖2所示。FC濾波器用于提供容性無功功率補(bǔ)償及諧波濾波，TCR晶閘管控制電抗器用于平衡系統(tǒng)中由于負(fù)載的波動(dòng)所產(chǎn)生的感性無功功率。
從圖中可以看出，調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角的大小，即可控制流過電抗器的電流，從而達(dá)到控制無功功率的目的。根據(jù)負(fù)荷無功功率Q 的變化情況，改變電抗器的無功功率9恤憾性無功功率)，即不管負(fù)載的無功功率如何變化，使二者之和恒為常數(shù)，這個(gè)常數(shù)等于電容器組發(fā)出的容性無功功率Q 的數(shù)值，使取自電網(wǎng)的無功功率為常數(shù)或0，即Q=Qc_(Q Q仰)=常數(shù)(或0)，最終使得電網(wǎng)的功率因數(shù)保持在設(shè)定值，電壓幾乎不波動(dòng)，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康?，以抑制?fù)載波動(dòng)所造成的系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。
2 控制器的實(shí)現(xiàn)
TCR+FC型SVC主要包括主電路和控制器兩大部分，如圖3示。本文重點(diǎn)介紹控制器，其系統(tǒng)框圖如圖4示，控制器通過采集三相電壓、三相電流信號，經(jīng)過瞬時(shí)無功理論等算法計(jì)算并輸出觸發(fā)角信號來控制TCR的晶閘管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無功功率補(bǔ)償。
2．1 硬件實(shí)現(xiàn)
控制器的硬件按照模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)，如圖5示，主要由電源模塊、電壓信號調(diào)理模塊、電流信號調(diào)理模塊、DSP模塊、CPLD模塊構(gòu)成。電源模塊為整個(gè)控制器供電，電壓信號調(diào)理模塊、電流信號調(diào)理模塊分別實(shí)現(xiàn)對三相電壓信號、三相電流信號的調(diào)理、采樣、濾波。DsP模塊除了包含其最小系統(tǒng)之外，還包含外部AD采樣電路等。CPLD模塊除了包含其最小系統(tǒng)之外，還包含觸發(fā)脈沖發(fā)送電路、回報(bào)信號接收電路、鎖相倍頻電路等。
2．2 軟件實(shí)現(xiàn)
控制器的軟件流程如圖6示，軟件實(shí)現(xiàn)主要包括對調(diào)理后的三相電壓、電流信號進(jìn)行AD采樣，計(jì)算電壓的有效值、頻率值，DsP模塊根據(jù)算法計(jì)算觸發(fā)角，CPLD模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號等。本文重點(diǎn)介紹根據(jù)瞬時(shí)無功理論由三相電壓、三相電流計(jì)算補(bǔ)償角的算法實(shí)現(xiàn)，如圖7所示，具體的算法包括：
(1)根據(jù)瞬時(shí)無功理論[41由采集到的三相電壓信號、三相電流信號提取基波正序有功分量、基波正序無功分量、基波負(fù)序有功分量和基波負(fù)序無功分量；正負(fù)序電流的檢測采用的是瞬時(shí)無功理論中的一算法翻，其檢測正序電流的原理如圖8所示。該方法中，需要用到與電壓同相位的正弦信號sintot和余弦信號一eostot，它們由一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)和一個(gè)正、余弦信號發(fā)生電路得到。根據(jù)定義可以計(jì)算出、iq ，經(jīng)IJPF濾波得出它們的直流分量。
3 總結(jié)
針對軋鋼機(jī)等非線性負(fù)荷接人電網(wǎng)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量的問題，提出了采用TCR+FC型的靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償，提高了電網(wǎng)供電質(zhì)量。本文重點(diǎn)研制了基于DSP和CPLD器件實(shí)現(xiàn)的軋鋼用靜止無功補(bǔ)償裝置控制器，介紹了控制器的硬件實(shí)現(xiàn)、軟件算法實(shí)現(xiàn)，并對控制器的特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析。最后對研制的軋鋼用靜止無功補(bǔ)償裝置控制器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明，該控制器能夠根據(jù)三相電壓、三相電流的變化，實(shí)時(shí)、分相控制晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)行無功補(bǔ)償。