无功补偿装置控制系统的设计

无功补偿装置控制系统的设计
傅林
中煤科工集团上海有限公司
摘要：通过对无功补偿装置的深入研究，提出无功补偿装置控制系统的设计方案，主要从系统控制部分和界面控制部分进行设计，并详细阐述三相输入电压相序识别计算、瞬时无功计算的方法。

关键词：无功补偿装置；控制系统概述
无功补偿装置控制系统基于瞬时无功功率理论的实时电流检测算法，能够实时检测无功电流，同时检测直流侧电压，通过电流、电压闭环控制，适当调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的[1]。

1基本设计思想及主要功能模块
无功补偿装置控制系统总体划分为两部分：系统控制部分和界面控制部分。

系统控制部分主要完成无功补偿装置控制系统的核心算法和相关的辅助算法、与界面控制部分通信和保护等；界面控制部分主要完成各种参数设定、信息显示、与控制部分及外部设备通信等功能。

2软件设计
整个软件共分为两大部分：系统控制部分和界面控制部分。

系统控制部分为主体软件，利用C 语言编制，目的是实现控制算法及相关的其它功能。

其运行硬件平台是高性能浮点TMS320系列DSP 芯片以及FPGA 现场可编程门阵列。

界面控制部分为辅助控制部分，完成数据显示及各项参数的设置，控制无功补偿装置的运行等功能，该软件利用C 语言编制，硬件平台为高性能定点Blackfin 系列DSP 来完成。

2.1控制软件设计
无功补偿装置控制系统的系统控制部分为无功补偿装置核心，完成瞬时无功检测以及无功补偿核心算法，各项保护功能，直接影响整个无功补偿装置控制系统的性能。

2.2辅助功能
辅助功能主要包括三相输入电压相序识别计算、瞬时无功计算及其他通用保护功能。

2.2.1三相输入电压相序识别计算
图1三相交流电波形以及相位差
对于三项交流电，如果输入三相交流电为正相序，其供电相位B 相滞后于A 相120度，而C 相滞后于B 相120度，如果输入为逆相续，则任意两相相差240度，根据这一原理，可以分别计算三个相电压与线电压的夹角，判别是正相序还是逆相序，三相交流电波形以及相位差如图1所示[2]。

如果是逆相序，则无功补偿时，按照逆相序发波方案进行发波，利用软件
识别方法，无需硬件导线，主回路相电压与线电压相位关系如图2所示。

软件设计中的相序自动识别框图如图3
所示。

图2
主回路相电压与线电压相位关系
图3相序自动识别框图
2.2.2瞬时无功计算
1984年日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论，将三相电压（电流）变换到α、β坐标，大大地简化了负载有功功率和无功功率的计算，在检测三相电路谐波及无功电流中得
到了成功的应用[3]。

经坐标变换后，电网基波电流的瞬时无功功率和有功功率在α、β坐标系中已成为直流成分，因而只要用低通滤波器滤除交流成分，将直流成分逆变换后，就得到电网基波电流。

这样，电网电流减去已检测出的基波电流，就得到电网的谐波电流。

基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测技术，物理概念明确、硬件实现简单、检测精度高，由于延时很小，所以动态特性好；缺点是运算量较大，且只适用于对称且无畸变的三相电压，对于三相不对称负载所产生的谐波和无功电流，检测效果不太理想。

参考文献：
[1]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]杨应群,陈晓华.功率因数补偿节电技术[M].江西:江西科学技术出版社,1986.
[3]崔江海.合理计算无功补偿容量的方法[J].电力电容器与无功补偿,2009,30(4):14-16.
作者简介：傅林，男，（1980-），工程师，2004年毕业于中国矿业大学，学士学位，现从事矿用电气传动产品的检测检验。

学术论丛
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