卜ＣＨＮＯＬｏｏＹＩＮＦＯＲＭＡ１０Ｎ
基于ＤＳＰ的动态无功补偿装置的研制
周有沈建冬
（西安邮电学院信息与控制系西安７１０１２１）
高新技术
摘要：针对电力系统中无功补偿装置发展的现状，研制出基于ＤｓＰ控制的Ｔｓｃ低压动态无功补偿装置。系统以无功功牟和电压为综合
判据控制电容器的自动循环投切，克服了传统无功补偿中只考虑单一因素作为判据的缺陷，有效地消除了电容器轻或投切振荡现象，并通
过串联电抗器对谐波进行了很好的抑制。
关键词：无功补偿晶闸管投切电容器数字信号处理
中图分类号：ＴＰ７２ｌ文献标识码：Ａ文章标号ｌ１６７２—３７９ｌ（２００８）０８（ｂ）一ｏ００２一０３
ＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｅｒＤｙｎａｍｉｃＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＢａｓｅｄＯｎＤＳＰ
ＺｈｏｕＹ伽ＳｈｅｎＪｉａｎＤＯｎｇ
（ｓｃｈ∞ｌｏｆＥＩ∞打ｉｃａｆａｎｄＣ彻ｔｍＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｘｉ’ａｎＩｎ８ｔｊｔｕｔｅｏｆＰ０５ｔｅ＆Ｔｅｌ∞∞”岍ｉｃｌｔｊｏ帕７１０１２ｌＣｈｉｎａ）
Ａｂ８ｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｔｒ８ｐｏｓｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎ∞ｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ，ａＩ】ｓＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄＴｈｙｒｉｓｔｏｒ
ＳｗｉｔｃｈＣａｐａｃｉｔｏｒｓ（ＴＳＣ）ｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７ｆｏｒｒｅａｃｔｉＶｅｐｏｗｅｒｄｙｎａｍｉｃｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈ
ｔ弛ｍｔｉｏ啦ｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｃｏ鸺ｉｄｅｒｉｎｇｓ；ｎｇＩｅｆ觚ｔｏｒ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｖｏｉｄｓｔｈｅｓ而ｔｃｈｏ∞ｉＩＩａｔｉ蚰蛐ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｌｉｇｈｔｌ魄ｄｉｎｇ．ｓｅｒｉ硝
ｒｅａｃｔｏｒｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅ骆ｔｈｅｂａｒｍｏｎｉｃｗ８ｖｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｎｒｃｏｍｐｅ嘲ｔｉｏｎＴｈｙｒｉ￥ｌｏｒＳｗｉｔｃｈＣａｐａｃｉｔｏｒ８（Ｔｓｃ）Ｄｉｇｉｔ８ｌ戤ｇｎａｌＰｒ∽ｅ翳ｉｎｇ（ＤｓＰ）
随着电力电子技术的发展，在工业领域内大功率的电力电子设备得到广泛运用。然而，由于电力电子设备的非线性特性，运行时会产生大量谐波ｔ同时，由这些电力电子设备驱动的大量低功率因数、冲击性负载，又产生大量变化大而急剧的无功，共同使得供电电网质量恶化，造成电压波动、谐波过大等。因此，迫切需要对系统进行快速、动态的无功补偿。
解决这些问题，一方面需要科学地规划系统网络结构，另一方面要对系统参数进行快速、灵活调节，从而控制电网潮流的走向及分布，提高输电线路的输送能力。后者是近ｌＯ年来电力系统重点研究的柔性交流输电技术（ＦＡＣＴＳ。ＦｌｅｘｉｂｌｅＡＣＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ）。目前，ＦＡＣＴＳ家族的品种繁多，如静止无功补偿器（ＳＶＣ），静止同步补偿器（ｓＴＡＴＣｏＭ）、可控串补（ＴｃＳＣ）、静止同步串联补偿器（ＳＳＳＣ）及统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）等，其中以ｓＶＣ的应用最为广泛。ＳＶｃ主要有晶闸管投切电容器（ＴＳＣ）和晶闸管控制电抗器（ＴｃＲ）两种。与ＴＣＲ相比，ＴＳＣ不能连续补偿无功，且只能输出容性无功，但凭借其成本低，运行时不产生谐波，自身能耗小等优点，在电力系统中也得到了广泛应用。鉴于此，本文设计了基于ＴＩ公司的１６位定点ＤｓＰＴＭＳ３２０ＬＦ２加７控制的ＴＳｃ动态无功补偿装置。
１硬件方案设计
ＴＳｃ主控单元以１ＭＳ３２０ＬＦ２４０７芯片为核心，完成采样、计算、触发、通信等功能。其基本结构如图ｌ所示。按功能可分为：ＤｓＰ控制器模块、控制器外围电路以及主电路模块。
该装置上电后，经过一定延时，控制器再开始工作，通过对系统三相电压、三相电流采样，根据电压、电流的值计算系统无功功率，并与用户设定的投入门限、切除门限相
比较，再考虑系统电压幅值情况确定电容器组
的投切，投切命令输入到触发电路，由触发电
路控制晶闸管在电压正向峰值时投入电容器，
按照“无功控制，电压调节”的原则对电容
器组进行控制，不仅能有效的改善电压质量，
提高功率因数，而且降低了网络损耗。考虑
系统的复杂性和经济性，电容器分组采用（Ｋ—
Ｉ）个电容值均为Ｃ的电容和一个电容值为（Ｃ／
２）的电容，这样的分组可组成２Ｋ级电容值。
最小的一路为单位电容量，它的大小决定了补
偿的精度。
１．１控制器模块
传统的单片机作为控制器的系统由于受
硬件资源与速度的限制，采样精度不高，每周
波的采样点少，只能选择计算量小的算法。结
圈１装置结构
圈２电压互感器连线图
２奉潮交君警讯ＳｃＩＥＮｃＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＯＹｌＮＦＯＲＭＡＴｌ０Ｎ圈３电流互感器连线圈
万方数据
高新技术ｓｃＥＮＣＥ＆ｒＥＣＨＮＯｌｏｏＹ．黼皿圆ＩＮ｝ｏＨＭＡｌＩｏ“■Ｕ盔簟笛■■
果限制了测量的精度。故本系统采用ＴＩ公司生产的１６位定点ＤｓＰＴＭｓ３２０ＬＦ２４０７作为总控制器，采用高性能静态ＣＭＯＳ技术，使得供电电压降为３．３Ｖ，减少了控制器功耗，４０ＭＩＰＳ的执行速度使得指令周期缩短到２５ｎｓ（４０ＭＨｚ），更加适合于处理多数据，运算量大的系统，是一种特别适合于处理谐波分析中经常用到的数字滤波和傅立叶变换等运算的微处理器。同时具有强大的控制功能，因此使用该芯片能更好的满足实时性和精确性的要求。而且它又具有低成本、低功耗，高性能的处理能力。
控制器模块首先对电压、电流等系统参数进行采集、计算，然后根据计算结果，合理选择投切方案，并给相应的电容器支路发触发脉冲。根据需要可显示功率因数、系统电压．负载电流、无功功率等值。并可实时在线设置投入门限、切除门限、过电压、欠电压，延时值等参数。能延时可调，过压自动切除，能有效地降低电能损耗、消除电压波动、滤除高次谐波等，可广泛应用于低压配电系统及工矿企业，是老式低压补偿装置理想的更新换代产品。
１．２控制器外围电路
这一模块包括数据采集电路和晶闸管触发脉冲调制电路，分别位于控制器模块的上一环节和下一环节。
数据采集电路负责采集控制器模块所需的电压、电流瞬时值，经过初步调节后作为输入量送给控制器。本装置所要采集的是１５０Ｖ电网信号，而ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７的１６个模拟输入通道均只能输入０～３．３Ｖ的电压信号，所以，必须在采集点和ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７之间设计数据采集电路，一方面可以将电压和电流信号都转换成ＤｓＰ可以接收的电压信号，另一方面能够将输入强信号和控制电路中的弱信号隔离开，提高ＤｓＰ控制电路板的抗干扰能力。数据采集电路主要由电压互感器和电流互感器以及运算放大器组成，如图２电压互感器连线，图３电流互感器连线图。图中Ｒ４使流过
图４单相触发电路
图５软件功能模块图
表１圈６采样中断流程图
电压互感器初级的额定电流为２ｍＡ．次级也会
产生一个相同的电流值，通过运放调节反馈电
阻Ｒ值，在输出端得到所要求的电压值。经
过数据采集电路后的电压Ｖ、电流Ｉ便可以
直接接到ＤＳＰ的模拟输入通道ＡＤＣＩＮＯ、
ＡＤＣＩＮｌ。ＡＤＣ的模拟输入参数电压高电平
端ＶＲＥＦＨＩ和ＡＤＣ供电电压端ＶｃＣＡ共３．
３Ｖｌ低电平端ＶＲＥＦＬＩ和ＡＤＣ供电电压端
ＶＳＳＡ共模拟地。
晶闸管触发脉冲调制电路主要解决脉冲
的产生和触发时刻的选取（即晶闸管过零投切）
的问题，保证晶闸管平稳导通。本装置采用
了先进的过零触发电路，如图４所示，以电压
过零型光耦双向晶闸管取代了由分立元件组
成的功放电路及脉冲变压器等驱动环节，简化
了触发控制电路的结构；同时，由于无需考虑
与系统电压的同步问题且控制电路与主电路
实现了光电隔离。因而提高了装置的可靠性。
本装置采用ＭＯｃ３０８３芯片设计三相晶闸管
触发电路，动态响应时间小于２０ｍｓ。
１．３主电路模块
主电路模块包括各电容器组，装置根据负
载情况，在各电容器支路串联电抗器，实质是
组成了滤波器组。在低压配电系统中采用
ＴＳＣ实现基波无功补偿时，当配电系统非线
性用电负荷比重较大时。并联电容器组的投
入，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入
电容器组的谐波电流大，使电容器过负荷，严
重影响其使用寿命；另一方面。当电容器组的
谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐
振时，引起电容器谐波电流严重放大，其结果
是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，
影响其他用电设备的安全运行。因此，应采取
抗谐波措施以确保并补电容器的安全运行。
在低压配电系统中，当系统含有谐波电流
和电压时，对谐波频率而言，系统感抗大大增
加而容抗大大减小，就可能产生并联谐振或者
串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍
甚至数十倍，将对系统，特别对电容器和与之
串联的电抗器形成很大的威胁。在并联电容
器组串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效
措施，其参数应根据实际存在谐波进行选择。
并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为
电容器回路在谐波频率范围内呈现出客性，若
在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值
使电容器回路在最低次谐波频率下呈现出感
性，就可消除谐波放大。为此，串联电抗器的
电抗值应满足下式厶托一≯，ｏ，即
也－五凰。考虑到电抗器和电容器的制
造误差，通常取：五＝（１．３～１．５）五／．盘。
目前，国内并联电容器配置的电抗器的电
抗率主要有以下四种类型：小于０．５％、４．５
％、６％和１２％。本装置采用基波感抗为客抗
的１２％的串联电抗器，可抑制３次以上的谐波
电流。
稻Ｉ技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆丁ＥＣＨＮＯＬ００ＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
３万方数据
卜ＣＨＮＯＩ，００ＹＩＮｒ０ＲＭＡ１１０Ｎ
ＧＮＮＳ技术在变形监测中的应用
谢向进１荣幸２
（１．新疆公路规划勘察设计研究院；２．新疆水利水电勘测设计研究院疆海测绘院乌鲁木齐８３０００８）
高新技术
摘要：ＧＮｓｓ技术以其在连续性，实时性和自动化程度高等优点，在变形苴潮的应用越来越发挥着传统测量如无法比拟的重要的作用。
本文总结了Ｇ、ｓｓ技术监测方法．数据处理及其软件的发辰，分析了ＧＮｓｓ技术在变形苴测中的现状．优点及其发展趋势。
关键词：Ｇ、ｓｓ监测同变形篮测多鲁朝
中图分类号；Ｐ２２８文献标识码；Ａ文章编号，１６７２—３７９ｌ（２００８）０８（ｂ）一ｏ００４一０２
目前，ＧＮＳＳ精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术的许多领域，对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关学科领域，如地球动力学，海洋大地测量、地球物理探测，资源勘探，航宅与卫星遥感、工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了卫星定位技术的高精度与高效益。随着社会和生产的飞速发展，各种大型的工程建筑物越来越多．所以其变形监测的工作也变得越来越重要。
１ＧＮｓＳ测量的基本原理
ＧＮｓｓ定位原理，类似于传统的后方交会。如果在需要的位置某点架设ＧＮｓｓ接收机，在某一时刻同时接收３颗ＧＮｓｓ卫星所发射的信号，即测得卫星到测站点的几何距离。就可根据后方交会原理理确定出测站点的三维坐标的ＧＮＳＳ卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用ＧＮＳＳ接收机在某一时刻同时接收三颗以上的ＧＮＳＳ卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）至三颗以上ＧＮＳｓ卫星的距离并解
算出该时刻ＧＮｓｓ卫星的空间也标，据此利用
距离交会法解算出测站的位置。
２ＧＮｓｓ技术在变形监测中的应用现状
２．１概述
变形监测，主要是监测如大桥、水库大
坝、高层大楼等建筑物，构筑物的地基沉
降、位移以及整体的倾斜等状况。常规的监
测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉
降，应用三角测量（或角度交会）的方法监测地
基的位移和整体的倾斜。由于被监测物体通
常都是几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技
术要求较高。因此应用常规技术不仅观测时
间长、劳动强度大，而且难以实现自动化监
测。而ＧＮＳＳ定位技术由于定位精度高，不
需要通视、可全天候工作等特点。研究表
明，利用ＧＮＳｓ进行水平位移观测可获得小于
±２ｍｍ精度的位移矢量，高程的测量也可获
得不大干土ｔＯｍｍ的精度。因此，ＧＮＳＳ在变
形监测中越来越受到广泛的应用，尤其是大型
工程。实践还证明ＧＮＳＳ定位技术完全可以
在各种滑坡外观监测中应用，且不受天气条件
影响，可实现伞天候作业。
２．２ＧＮｓｓ监测方法
按监测对象及要求不同可分为静态测量
法，快速静态测量法和动态测量法三种。
①静态测量法：就是把多于３台ＧＮｓｓ接
收机同时安置在观测点上同步观测一定时段，
一般为ｌ小时至２小时不等，用边连接方法构
网，用后处理软件解算基线，经平差计算求定
观测点三维坐标。这种方法定位精度高，适
用于长边，测边相对精度可达１０一。
②快速静态测量法：这种方法尤其适用于
对监测点的观测。其工作原理是：把两台
ＧＮｓｓ接收机安置在基准点上固定不动连续观
测，另ｌ～４台接收机在监测点上移动，每次观
测５ｍｉｎ～１０ｎｌｉｎ（采样间隔为２ｓ），经事后处理，
解算出备监测点的三维坐标，根据各次观测解
算出的三维啦标精度为：水平位移±３ｍｍ～±
５ｍｍ，垂直位移±５ｍｍ～士８ＩｎＩｎ。若距离大
于３ｋｍ，水平精度为５ｍｍ＋ｌｐｐｍ?Ｄ，垂直精
度为８ｍｍ＋ｌｐｐｍ－Ｄ。
③动态测量法；该方法又分准动态测量方
２软件方案设计
图５为软件功能模块，其中主程序完成系统初始化、ＬＣＤ显示功能；采样中断模块用于各种电参量采样值的读取、ＦＦＴ运算等Ｉ投切控制模块用于对补偿电容器的投切判断。２．１采样中断模块
图６是采样中断流程图，程序进入Ａ／Ｄ中断后，ＤｓＰ读取采样值，采样一个周期完毕，进行ＦＦＴ运算。ＦＦＴ主要由反序和蝶形运算组成，反序可按码位倒置的原理来实现，它是进行蝶形运算的先决条件。蝶形运算是ＦＦＴ的关键，需要多次相乘才能实现，为避免运算时数据溢出，需要对蝶形运算的中间结果进行规一化。ＦＦＴ程序用汇编语言完成，充分利用了ＤｓＰ的反间接寻址和间接寻址方式，而主程序采用Ｃ语言编程，提高可移植性。
２．２投切控制模块
以用户所设定的参数为参考量，可确定各相的无功待补量，遵循满足无功功率的要求下对电压值的调节原则，但若电压越极限，则闭锁。２．３软件抗干扰措施
软件抗干扰措施主要是在发现程序运行补正常后能够迅速使程序回复正常。主要措施有：采用软件陷阱和程序冗余技术，防止程序跑飞，软件看门狗功能，配合硬件看门狗电路。
３测试结果
表ｌ是在某检测点，由电能质量分析仪记录的ＴＳｃ投切前后，检测到的系统主要参数的详细数据。结果表明：第一，无功功率大大减少，功率因数有Ｏ．７ｌ提高到０．９４，完全满足功率补偿要求，第二，三、五、七次谐波分别减少３３．４％、４６．５％、２０．３％，有效地抑制了谐波，改善了电压质量。
４结语
本文所介绍的基于ＤｓＰ进行控制并采用晶闸管投切电容器组的无功补偿装置既能够准确而快速地补偿无功功率，保证持续最佳功率保持在Ｏ．９～０．９５之间，同时可以很好的防
４幂｛技资讯ｓｃＩＥＮｃＥ＆ＴＥｃＨＮｏＬｏｏＹＩＮＦｏＲＭＡＴＩＯＮ止过补偿和投切振荡，有效地抑制谐波和电压闪变，降低了线损和变压器损耗。实践证明，该装景具有良好的应用前景。
参考文献
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【４】粟时平，刘桂英．静止无功功率补偿技术【Ｍ】．中国电力出版社，２００６．
【５】朱罡．电力系统静止无功补偿技术的现状及发展【Ｊ】．电力电容器，２００ｌ，２２（４）：３ｌ～３４．
【６１刘淑敏，李奎文，刘辉，等．无功补偿装置的选择【Ｊ１．电气传动，２００２（４）：６１～６４．【７】ＤＡＴＡｓｈｅｅｔｏｆＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７．
万方数据
基于DSP的动态无功补偿装置的研制
作者：周有， 沈建冬
作者单位：西安邮电学院信息与控制系,西安,710121
刊名：
科技资讯
英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
年，卷(期)：2008，""(23)
被引用次数：1次
参考文献(7条)
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6.刘淑敏.李奎文.刘辉无功补偿装置的选择[期刊论文]-电气传动 2002(04)
7.DATA sheet of TMS320LF2407
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2.会议论文谷永刚.肖国春.裴云庆.王兆安晶闸管投切电容器(TSC)技术的进燕尾服2002
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首先分析了无功补偿的基本原理和TSC（晶闸管投切电容器）的主电路形式，对系统内三次谐波进行了深入探讨，给出了在不同谐波背景下电抗率的选择方法。
然后分别对传统无功功率、滑窗迭代傅里叶变换、Fryze、瞬时无功理论和其他一些无功电流的检测方法做了详细的理论分析，就如何获得一个多参数稳定的系统，详细讨论了TSC的闭环控制方法，通过分析比较确定了本控制器的无功量检测算法和闭环控制思路。
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在上面工作的基础上进行了无功量检测算法的仿真研究，并对系统进行了整体仿真，搭建了硬件试验平台，试验结果表明，本控制器可以较快的测得基波无功电流有效值，并能稳定的进行投切，整个装置运行良好，具有工程实用价值。
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本文不仅介绍了“2+1”电路和“2+2”电路的工作原理、晶闸管触发原理，投切过渡过程电压、电流情况等，还简单介绍针对上述两种主电路所开发的触发控制电路。
“2+1”电路用于在攀枝花钢铁股份有限公司(简称攀钢)轨梁厂大剪、左右推床、安阳钢铁有限公司(简称安钢)高速线材厂6000V电网的无功补偿
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8.期刊论文杨建宁.陈建业.张华志.王鸿翔.YANG Jian-ning.CHEN Jian-ye.ZHANG Hua-zhi.WANG Hong-xiang两
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引证文献(1条)
1.王彦文.龙飞.李琳.王念彬660 V低压线路无功功率自动补偿装置研究[期刊论文]-煤矿机电 2009(4)
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