軋鋼用靜止無功補償裝置控制器的研制

日期：

2023-04-14 09:55

1 系統組成及工作原理
1．1 TCR基本結構及原理
TCR的單相基本結構如圖1所示，兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器串聯，而三相多采用三角形聯結。這樣的電路并到電網上，相當于電感負載的交流調壓電路結構嘲。其中與晶閘管串聯的電抗器為儲能元件，吸收感性無功，通過調整觸發延遲角改變系統等效電納，從而調節補償器的等效電抗，達到調節感性無功的作用。
1．2 TCR+FC型SVC的組成及原理
TCR+FC型SVC主要由三部分構成：FC濾波器、TCR晶閘管控制電抗器和控制保護系統，如圖2所示。FC濾波器用于提供容性無功功率補償及諧波濾波，TCR晶閘管控制電抗器用于平衡系統中由于負載的波動所產生的感性無功功率。
從圖中可以看出，調節晶閘管觸發角的大小，即可控制流過電抗器的電流，從而達到控制無功功率的目的。根據負荷無功功率Q 的變化情況，改變電抗器的無功功率9恤憾性無功功率)，即不管負載的無功功率如何變化，使二者之和恒為常數，這個常數等于電容器組發出的容性無功功率Q 的數值，使取自電網的無功功率為常數或0，即Q=Qc_(Q Q仰)=常數(或0)，最終使得電網的功率因數保持在設定值，電壓幾乎不波動，從而達到無功補償的目的，以抑制負載波動所造成的系統電壓波動和閃變。
2 控制器的實現
TCR+FC型SVC主要包括主電路和控制器兩大部分，如圖3示。本文重點介紹控制器，其系統框圖如圖4示，控制器通過采集三相電壓、三相電流信號，經過瞬時無功理論等算法計算并輸出觸發角信號來控制TCR的晶閘管導通，實現動態的無功功率補償。
2．1 硬件實現
控制器的硬件按照模塊化的設計思路設計，如圖5示，主要由電源模塊、電壓信號調理模塊、電流信號調理模塊、DSP模塊、CPLD模塊構成。電源模塊為整個控制器供電，電壓信號調理模塊、電流信號調理模塊分別實現對三相電壓信號、三相電流信號的調理、采樣、濾波。DsP模塊除了包含其最小系統之外，還包含外部AD采樣電路等。CPLD模塊除了包含其最小系統之外，還包含觸發脈沖發送電路、回報信號接收電路、鎖相倍頻電路等。
2．2 軟件實現
控制器的軟件流程如圖6示，軟件實現主要包括對調理后的三相電壓、電流信號進行AD采樣，計算電壓的有效值、頻率值，DsP模塊根據算法計算觸發角，CPLD模塊實現產生觸發脈沖信號等。本文重點介紹根據瞬時無功理論由三相電壓、三相電流計算補償角的算法實現，如圖7所示，具體的算法包括：
(1)根據瞬時無功理論[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、基波負序有功分量和基波負序無功分量；正負序電流的檢測采用的是瞬時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，它們由一個鎖相環(PLL)和一個正、余弦信號發生電路得到。根據定義可以計算出、iq ，經IJPF濾波得出它們的直流分量。
3 總結
針對軋鋼機等非線性負荷接人電網，嚴重影響電網供電質量的問題，提出了采用TCR+FC型的靜止無功補償裝置進行補償，提高了電網供電質量。本文重點研制了基于DSP和CPLD器件實現的軋鋼用靜止無功補償裝置控制器，介紹了控制器的硬件實現、軟件算法實現，并對控制器的特點進行了深入分析。最后對研制的軋鋼用靜止無功補償裝置控制器進行了實驗，實驗證明，該控制器能夠根據三相電壓、三相電流的變化，實時、分相控制晶閘管的導通，進行無功補償。