摘 要

随着电子器件大规模地在电力系统的应用，导致了电网功率因数下降，产生污染电网的谐波，降低了用电质量，扰乱了电力系统的稳定性，损坏用电设备，严重时会发生大的事故。此时，为了应对上述的情况，我们需要对电力系统进行合理的无功补偿，无功补偿不仅可以进行无功功率的补偿，降低线路的无功损耗，从而提高功率因数。而且还可以提高末端电压，增强电力系统的稳定性。本文的无功补偿装置采用的是响应速度快，动作迅速，性价比高的晶闸管投切电容器TSC。

本文设计的TSC无功补偿装置采用的无功补偿控制策略为综合型控制方式，即根据以无功功率为主，电压为辅的控制方式。其次电容器的分组方式为等组电容器，电容器组的接线方式为三角形。无功补偿装置的核心器件控制器使用的芯片为DSP的TMS320F28335，该芯片具有响应速度快，控制精准，抗干扰性好，控制算法简单，在无功补偿方面具有良好的应用前景。

本课题首先对主电路模型进行了MATLAB/Simulink的仿真，对各个仿真模块进行了详细地介绍，随后对仿真波形进行了分析。根据仿真的结果确定硬件电路以及软件电路的设计，最后在软件电路中一方面介绍了抗干扰措施，另一方面重点介绍了FFT。通过一系列的设计验证了该无功补偿装置的正确性。

关键词：无功补偿；晶闸管投切电容器；DSP；MATLAB/Simulink

Abstract

In today's society with the increasingly progress of science and technology, the improvement of people's living standards. People is higher and higher requirement for the quality of electricity, but at the same time as the application of electronic devices in power system on a large scale, leading to a fall in the grid power factor, harmonic pollution in power grid, reduce the quality of electricity and disrupt the stability of power system, damage to electrical equipment, serious big accident happens. At this time, in response to the above situation, we need to reasonable reactive power compensation, power system reactive power compensation can not only compensate the reactive power, reduce the reactive power losses of line, so as to improve the power factor. But also can improve the terminal voltage, enhance the stability of power system. In this paper, the reactive power compensation device USES a fast response speed, quickness, cost-effective TSC thyristor for capacitor.

TSC reactive compensation device is designed in this paper USES the way of reactive compensation control strategy for the comprehensive control, namely according to give priority to with reactive power, voltage auxiliary control mode. The second capacitor grouping for the group of capacitor, such as the connection mode of capacitor Banks for the triangle. Reactive power compensation device using DSP chip as the core device controller TMS320F28335, the chip has fast response speed, control precision, good anti-jamming, the control algorithm is simple and has good application prospect in terms of reactive power compensation.

This topic first main circuit model for the MATLAB/Simulink simulation, the simulation module for the detail, then analyzes the simulation waveform. Determined according to the results of the simulation hardware circuit and software design of the circuit, and finally in software circuit introduces the anti-interference measures on one hand, on the other hand focus on FFT. Through a series of design results verify the accuracy of the reactive power compensation device.

Key words: reactive power compensation; Thyristor for capacitor; DSP; MATLAB/Simulink

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1无功补偿的背景和意义 1

1.2 无功补偿装置的发展历程 1

1.2.1 传统无功补偿装置 1

1.2.2 静止无功补偿器 1

1.2.3 静止无功发生器 1

1.3 TSC无功补偿装置存在的问题 2

1.4 本文的研究内容和主要工作 2

第二章 无功补偿的有关理论 3

2.1 TSC无功补偿装置的基本原理 3

2.1.1 TSC无功补偿原理的分析 3

2.2无功补偿电容器 4

2.2.1 有关补偿电容器分组方式 4

2.2.2 有关补偿电容器接线方式的研究 4

2.3无功功率补偿方式的分类及补偿容量的计算 6

2.4 无功补偿控制方式 6

2.4.1 功率因数控制方式 6

2.4.2 无功功率控制方式 7

2.4.3 综合型控制方式 7

2.5 本章小结 7

第三章TSC无功补偿装置硬件设计 8

3.1 硬件电路实现功能及基本结构 8

3.2 采样电路设计 8

3.2.1 电流幅值转换电路设计 8

3.2.2 电压幅值转换电路设计 9

3.2.3 信号滤波电路设计 9

3.2.4 信号抬升电路设计 10

3.2.5 1.5V与十3V电源设计 10

3.3 同步方波电路设计 11

3.4 晶闸管阀均压电路设计 11

3.4.1 静态均压电路设计 11

3.4.2 动态均压电路设计 12

3.5 晶闸管阀光纤隔离驱动电路设计 12

3.5.1 光纤发送及接收电路设计 12

3.5.2 晶闸管阀驱动电路设计 13

3.6 DSP供电电源设计 14

3.7 硬件看门狗电路设计 14

3.8本章小节 15

第四章 TSC无功补偿装置的MATLAB仿真 15

4.1无功补偿装置的建模与仿真 16

4.1.1 无功补偿装置的主电路模型 16

4.1.2 无功补偿装置的TSC电路模型 16

4.1.3 无功补偿装置的控制器模型 17

4.1.4 无功补偿装置的PQ模型 19

4.2 无功补偿装置的仿真结果分析 19

4.2.1 无功补偿前后三相电流变化仿真图 19

4.2.2 无功补偿前后三相电压变化仿真图 20

4.2.3 无功补偿前后无功变化的仿真图 21

4.2.4 无功补偿前后有功变化的仿真图 21

4.3 本章小结 22

第五章 无功补偿装置系统的软件设计 22

5.1 软件设计的原则要求 23

5.2 主程序设计 23

5.3中断子程序设计 24

5.4电容器组投切程序设计 25

5.5 基于FFT的控制量计算 26

5.6 软硬件设计中的抗干扰措施 30

5.7本章小结 30

结束语 30

参考文献 31

致谢 32

1. 绪论

1.1无功补偿的背景和意义

随着电子器件大规模地在电力系统的应用，导致了电网功率因数下降，产生污染电网的谐波，降低了用电质量，扰乱了电力系统的稳定性，损坏用电设备，严重时会发生大的事故。此时，为了应对上述的情况，我们需要对电力系统进行合理的无功补偿，无功补偿不仅可以进行无功功率的补偿，降低线路的无功损耗，从而提高功率因数。而且还可以提高末端电压，增强电力系统的稳定性。

无功补偿在电力系统部门越来越重要，无功补偿可以降低无功损耗，符合当今节能降耗的理念。无功补偿有以下好处：

1. 提高功率因数，降低用电费用，减少用电企业的消费。
2. 减小线路中的电流和线路中的无功损耗，从而节约电能。
3. 提高了端电压，减少电压脉动，提高电能利用率。
4. 由于无功的减少，设备流过的电流也减少，从而降低设备发热和设备的损害，延长了用电设备的使用寿命。
5. 增加了电网的利用率和稳定性，使电网运行更加安全可靠。

1.2 无功补偿装置的发展历程

1.2.1 传统无功补偿装置