1 引言
隨著電力電子技術的快速發展,大功率變流、變頻設備在電力系統中得到廣泛的應用。這些非線性的電力電子設備在工作時基波電流滯后于電網電壓，消耗大量的無功功率，同時還會產生大量的諧波電流，也會消耗數量可觀的無功功率。大量的無功電流導致供電電壓的波動和閃變、供電電壓的波形畸變、功率因數惡化，給電網帶來不利影響。晶閘管控制電抗器（簡稱tcr）是目前動態無功功率補償中應用比較廣泛的靜態無功補償裝置，其性價比比較符合中國的國情，因此，本文提出一種基于ti公司高性能dsp芯片tms320f2812的tcr型靜止無功補償裝置(簡稱tcr型svc)。
2 tcr型svc的工作原理
tcr型svc通常由tcr和lc濾波器組成。如圖1所示，svc的輸出無功功率為qz=qc-qr，fc的輸出無功qc為恒定值。當負荷無功功率ql發生變化時，調節tcr的輸出無功功率qr，使系統供給的無功功率qs近似為常數。lc濾波器在理想情況下，流入系統的諧波電流為0。在實際工程設計中，要求濾波器投入后使注入系統的各次諧波電流和電壓總畸變率在國際標準限制以內。
圖1 tcr型svc結構圖
tcr的單相基本結構是兩個反并聯的晶閘管與一個電抗器相串聯，如圖2所示，而三相多采用三角形聯結[1]。這樣的電路并聯到電網上，就相當于電感負載的交流調壓電路的結構。其中電抗器為儲能元件，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。
圖2 tcr單相結構圖
lc濾波器是由濾波電容器、電抗器和電阻器組成的濾波裝置，作用是補償無功功率和濾除諧波。lc濾波器又分為單調諧濾波器、高通濾波器及雙調諧濾波器等幾種[1]，實際應用中常用幾組單調諧濾波器和一組高通濾波器組成濾波裝置。
3 tcr型svc的實現
tcr型svc包括主電路和控制系統兩部分,如圖3所示。這里重點介紹控制系統的實現。控制系統通過采集系統電壓、系統電流和負載電流信號，經過處理產生觸發脈沖來控制tcr的晶閘管導通角，實現動態的無功功率補償，同時檢測電路故障信號實現對系統的保護功能。
圖3 svc結構組成圖
3.1 硬件實現
從圖4可以看出,該控制系統的硬件主要由信號調理單元、dsp控制單元、接口及繼電保護單元、晶閘管驅動單元構成。
圖4 svc控制系統的硬件結構圖
3.1.1 dsp控制單元
tms320f2812作為目前最先進的32位定點dsp芯片，不僅有高速的cpu，巨大的存儲容量，還有豐富的片內外設設備，便于接口和模塊化設計，包括mcbsp多通道緩沖型串行接口、spi串口、sci異步串口、can總線控制器、a/d轉換器、定時器以及事件管理器等。由于tms320f2812的優異性能，本文選擇tms320f2812作為svc控制器的核心控制芯片[2]。
3.1.2 信號調理單元
主要功能如下：
(1) 檢測三相電壓和電流；
(2) 對檢測信號進行濾波處理，主要濾除高于采樣頻率的高頻噪聲信號；
(3) 跟蹤系統頻率變化，獲得相位同步信號；
(4) 實現對檢測信號的電平轉換以滿足dsp控制單元對輸入信號的要求。
3.1.3 接口及繼電保護單元
主要功能如下：
(1) 對dsp產生的驅動晶閘管的脈沖信號進行電平轉換；
(2) 通過設置繼電器和產生脈沖封鎖信號實現裝置的正常啟停；
(3) 采集晶閘管故障信號實現對系統的保護。
3.1.4 晶閘管驅動單元
主要功能是將脈沖信號放大、隔離得到晶閘管所需的高頻強觸發脈沖序列。
3.2 軟件實現
軟件主要實現的功能是：
(1) 定時采樣，并實現a/d轉換；
(2) 實現對采樣信號的軟件濾波，并計算各相需要補償的無功功率；
(3) 通過折半查找法實現無功功率與晶閘管導通角之間的非線性化，產生對應于晶閘管觸發時刻的觸發脈沖；
(4) 對故障狀態進行判斷，產生保護信號。
為了提高裝置的抗干擾能力，采用了軟件看門狗等措施。軟件程序包括循環結構的主程序和中斷服務程序，主程序流程圖如圖5所示。中斷服務程序是過零中斷、a/d采樣中斷和單比較器比較中斷，分別如圖6、7、8所示。其中，以單比較器比較中斷的優先級為最高，a/d次之，過零中斷的優先級最低。
圖5 主程序流程圖
圖6 過零中斷服務程序流程圖
圖7 a/d中斷服務程序的流程圖
圖8 單比較器比較中斷服務程序的流程圖
4 實驗結果
為了驗證tcr型svc的無功補償性能，制作出一臺svc樣機，在380v、50hz的電源電壓下，進行無功功率補償實驗，實驗結果如附表所示，可以看出未投入svc裝置時，功率因數較低；采用了svc裝置后，無功功率得到了補償，功率因數提高到接近于1，說明該svc控制系統的設計是正確且有效的。
5 結束語
針對當前電力系統領域中存在的實際問題，本文采用數字處理芯片tms320f2812實現了tcr型svc的控制系統，并詳細說明了該控制系統的硬件和軟件設計，實驗證明本方案無功補償效果良好，具有可觀的應用前景。
作者簡介
周宇英(1968-) 男 高級工程師 研究方向為船舶電力系統。
參考文獻
[1] 王兆安,楊君,劉進軍. 諧波抑制和無功功率補償. 北京:機械工業出版社,1998
[2] 蘇奎峰,呂強等. tms320f2812原理與開發. 北京:電子工業出版社,2005
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
