專利名稱：一種基于觸摸屏、plc與dsp綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種綜合控制的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)和方法，特別涉及一種基于觸摸屏、PLC 與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，屬于柔性交流輸電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)和運(yùn)行中一直存在著無(wú)功補(bǔ)償容量不足和配備不合理的 現(xiàn)象，這種狀況造成了系統(tǒng)電壓波動(dòng)、降低電氣設(shè)備的使用壽命，同時(shí)還要吸收大量無(wú)功功 率。無(wú)功功率的出現(xiàn)不僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，降低輸配電設(shè)備效率，而且增大了網(wǎng)損，嚴(yán) 重影響供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。因此，為了提高功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量，保障電力系統(tǒng)安全、可 靠運(yùn)行，就必須對(duì)電網(wǎng)制定合理、有效的無(wú)功補(bǔ)償方案。 采用靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善系統(tǒng)不平衡、提 高負(fù)荷功率因數(shù)等作用，現(xiàn)已成功應(yīng)用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上， 而且還具有更加廣泛的應(yīng)用前景。其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度快，可連續(xù)、分相的進(jìn)行無(wú)功功率 調(diào)節(jié)、運(yùn)行可靠、適用范圍廣等，因此對(duì)電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和改善電能質(zhì)量起到了明顯的作 用。它主要有兩種形式一種是晶閘管控制電抗器TCR，另一種是晶閘管投切電容器TSC。 TCR是通過(guò)改變晶閘管導(dǎo)通角度，來(lái)控制流過(guò)電抗器的無(wú)功電流大小，從而控制無(wú)功功率。 雖然其具有快速抑制電壓波動(dòng)，能平滑的控制無(wú)功負(fù)荷的允許波動(dòng)，負(fù)荷穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但由 于晶閘管和電抗器處于同一相電壓之下，電壓高、功率大、占地面積大、晶閘管閥組冷卻要 求嚴(yán)格、價(jià)格高，TCR雖然可連續(xù)調(diào)整出力，但波形呈鋸齒形，是一個(gè)很大的諧波源，而且還 必須和FC同時(shí)運(yùn)行，所以在某些工況中限制了它的發(fā)展。TSC是通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷 控制電容器的投切，從而改變向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率的大小，同時(shí)使用串聯(lián)電抗器可以有效 抑制涌流和過(guò)電壓的產(chǎn)生。TSC雖然不能像TCR連續(xù)可調(diào)，但可以一步投切到位，不會(huì)產(chǎn)生 諧波，占地少，可靠性高，波形失真小，維護(hù)簡(jiǎn)單，另外，TSC的控制相對(duì)比較簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度 也比較快，加之在同等容量下造價(jià)比較便宜，目前已被廣泛用于功率補(bǔ)償領(lǐng)域。由于大部分 工礦企業(yè)的線路或負(fù)荷大多呈現(xiàn)為感性，需要容性無(wú)功功率，同時(shí)又是以保障生產(chǎn)線上的 無(wú)功及功率因數(shù)為主要目的，從經(jīng)濟(jì)上考慮大多采用HVC(機(jī)械投切電容器)進(jìn)行補(bǔ)償，雖 然HVC也可以分級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓、無(wú)功，補(bǔ)償功率因數(shù)，但它最大的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行頻繁投 切，響應(yīng)速度慢，易造成過(guò)補(bǔ)等。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú) 功補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，既能快速有效的補(bǔ)償無(wú)功又可以以較靈活的積木式、模塊化結(jié)構(gòu)滿足 各種大容量無(wú)功場(chǎng)合，以最大程度降低電網(wǎng)損耗、設(shè)備投入和運(yùn)行成本，同時(shí)提高設(shè)備的使 用壽命，減少維護(hù)次數(shù)。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及方法， 一種觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，由綜合控制運(yùn)算單元、 TSC與HVC組成，其特征在于HVC補(bǔ)償回路在鄰近負(fù)載側(cè)與電網(wǎng)相連接，并通過(guò)濾波電抗器、 真空接觸器并聯(lián)在電網(wǎng)上，補(bǔ)償大容量無(wú)功；TSC補(bǔ)償回路通過(guò)濾波電抗器、晶閘管閥組并 聯(lián)在電網(wǎng)上，進(jìn)行無(wú)功細(xì)調(diào)。其中，所述的綜合控制運(yùn)算單元由觸摸屏、PLC與DSP運(yùn)算單 元、觸發(fā)脈沖、保護(hù)系統(tǒng)組成。所述的保護(hù)系統(tǒng)由觸摸屏、PLC與DSP運(yùn)算單元、觸發(fā)脈沖形 成電路、光電隔離電路、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)組成。所述的HVC由固定電容器、濾波 電抗器、斷路器或真空接觸器、繼電控制組成。所述的TSC由并聯(lián)電容器組、濾波電抗器、晶 閘管閥組、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)組成。 基于上述動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟
(1)A/D采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)三相電壓、電流瞬時(shí)值。 (2)在觸摸屏中設(shè)置TSC與HVC的支路數(shù)和相應(yīng)支路的補(bǔ)償容量、目標(biāo)功率因數(shù)， 電壓、電流、諧波報(bào)警限值等系統(tǒng)參數(shù)。 (3)DSP運(yùn)算單元將A/D采集系統(tǒng)采樣得到的電壓、電流信號(hào)利用瞬時(shí)無(wú)功理論進(jìn) 行計(jì)算，得到基波有功和無(wú)功電流，再根據(jù)目標(biāo)功率因數(shù)值計(jì)算出負(fù)荷所需要的無(wú)功容量， 然后決定哪一路或多路TSC與HVC相結(jié)合投入，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)無(wú)功調(diào)節(jié)。 (4)觸發(fā)脈沖形成電路將各支路TSC的脈沖觸發(fā)信號(hào)送給過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)，過(guò)零觸 發(fā)系統(tǒng)判斷系統(tǒng)在過(guò)零時(shí)刻投入電容器組，可使電容器投切過(guò)程中無(wú)涌流沖擊，同時(shí)由PLC 控制相應(yīng)支路的HVC進(jìn)行投切。 (5)在已確定無(wú)功容量且具備投切條件時(shí)，PLC還要進(jìn)行功率因數(shù)校驗(yàn)，S卩比較目
標(biāo)功率因數(shù)與實(shí)際功率因數(shù)，這樣就可以做到補(bǔ)償?shù)目焖夙憫?yīng)，又避免了電容器的誤投入，
使電容器投切一次到位，有效的防止了電容器投切振蕩，達(dá)到很好的補(bǔ)償效果。 (6)保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)TSC回路的工作情況和運(yùn)行狀態(tài)，并將TSC所有運(yùn)行數(shù)據(jù)
通過(guò)CAN總線傳給單片機(jī)處理單元，單片機(jī)處理單元再將這些運(yùn)行信息通過(guò)雙口 RAM送入
DSP運(yùn)算單元進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)TSC回路出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)系統(tǒng)還可以發(fā)出閉鎖信號(hào)
給輸出單元以封鎖TSC投切信號(hào)，保障了 TSC回路的安全、可靠運(yùn)行。 本發(fā)明的綜合控制無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)和方法，其中TSC與HVC的支路數(shù)原則上可以任 意設(shè)置，通常根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配置成特征諧波的濾波支路。綜合控制系統(tǒng)由信號(hào)輸入輸 出、信號(hào)處理、DSP運(yùn)算單元、觸發(fā)脈沖形成電路、光電隔離電路、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)、PLC及觸摸
屏等組成。 本發(fā)明的有益效果是 (1)綜合無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)由TSC與HVC構(gòu)成聯(lián)合補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，由HVC進(jìn)行大容量無(wú)
功粗調(diào)，而TSC進(jìn)行無(wú)功細(xì)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了大容量、低成本的無(wú)功快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 (2)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況配置不同的補(bǔ)償單元來(lái)滿足補(bǔ)償容量及補(bǔ)償精度的要求。積
木式結(jié)構(gòu)，單元之間可利用母線夾任意搭接，安裝、擴(kuò)充容易，簡(jiǎn)單方便。 (3)綜合控制系統(tǒng)確保晶閘管過(guò)零觸發(fā)，使得投切電容器無(wú)沖擊、無(wú)涌流、無(wú)過(guò)渡
過(guò)程。既動(dòng)態(tài)快速跟蹤負(fù)荷變化，又克服了傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)電容器所產(chǎn)生的危害。 (4)通過(guò)遠(yuǎn)方操作接口可實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，再與電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相結(jié)合，運(yùn)用無(wú)
功優(yōu)化算法，得到各個(gè)設(shè)備的控制指令，可以分別對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行遙控操作，同時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)
設(shè)備及系統(tǒng)的故障信息，并根據(jù)故障等級(jí)進(jìn)行報(bào)警或切除故障回路，提高了系統(tǒng)可靠性。
(5)應(yīng)用瞬時(shí)無(wú)功功率理論代替以往傳統(tǒng)的控制理論，本質(zhì)上就是利用瞬時(shí)值代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有效值來(lái)分析三相電力系統(tǒng)，再結(jié)合觸摸屏與PLC進(jìn)行綜合分析，最終控制補(bǔ)償設(shè)備快速、精確投切。這種方法具有實(shí)時(shí)性好、精度高、理論成熟和概念清晰等特點(diǎn)，非常適合當(dāng)前電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)和無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪m應(yīng)性、準(zhǔn)確性的要求，是一種非常有前景的理論和控制方法。 本發(fā)明還有這樣一些技術(shù)特征所述的DSP芯片為TI公司新一代芯片，其數(shù)據(jù)總線寬度為32位，地址總線寬度為24位，速度躍升到150M，同時(shí)具有豐富的外設(shè)。而雙口 RAM采用的是CYPRESS公司研制，該芯片是高速具有兩套相互獨(dú)立、完全對(duì)稱的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，為2KX 16CM0S雙端口靜態(tài)RAM，采用68腳PLCC封裝形式，最大訪問(wèn)時(shí)間可以為25/35/55ns。 A/D采集電路為AD7864，是一個(gè)4通道、12位高速A/D轉(zhuǎn)換器。所述的另一單片機(jī)電路為AT90CAN128，是Atmel公司的一款8位單片機(jī)，內(nèi)部帶有一個(gè)8通道單端或差分輸入的10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，并具有1個(gè)符合2. OA或2. 0B的CAN控制器接口 ，是一款高性能單片機(jī)。PLC西門子公司生產(chǎn)的，該系列PLC以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，多年來(lái)一直應(yīng)用于各行業(yè)中的監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化系統(tǒng)中。觸摸屏采用MCGS的一款嵌入式一體化工控機(jī)，其配置了高亮度TFT液晶顯示屏，四線電阻式觸摸屏(分辨率4096X4096)，同時(shí)還預(yù)裝了微軟嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)WinCE. NET(中文版)和MCGS嵌入式組態(tài)軟件，是一款性價(jià)比極高的人機(jī)界面。


圖1是綜合控制無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2是綜合控制無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框 圖3是DSP運(yùn)算框 圖4是DSP算法流程圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例一 結(jié)合附圖1 4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明一路TSC與兩路HVC的綜合控制無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其中TSC補(bǔ)償回路、HVC補(bǔ)償回路在鄰近負(fù)載側(cè)與電網(wǎng)相連接。HVC補(bǔ)償回路通過(guò)濾波電抗器、真空接觸器并聯(lián)在電網(wǎng)上，補(bǔ)償大容量無(wú)功。TSC補(bǔ)償回路通過(guò)濾波電抗器、晶閘管閥組并聯(lián)在電網(wǎng)上，進(jìn)行無(wú)功細(xì)調(diào)。綜合控制保護(hù)系統(tǒng)由觸摸屏、PLC與DSP運(yùn)算單元、觸發(fā)脈沖形成電路、光電隔離電路、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)組成。當(dāng)系統(tǒng)需要容性無(wú)功時(shí)，DSP運(yùn)算單元計(jì)算出所需無(wú)功容量，控制HVC回路投切，并在系統(tǒng)過(guò)零時(shí)觸發(fā)晶閘管，投入TSC補(bǔ)償回路，TSC補(bǔ)償回路彌補(bǔ)了 HVC補(bǔ)償回路不能進(jìn)行快速調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，結(jié)合HVC補(bǔ)償回路可提供較大容量無(wú)功的優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了大容量、低成本的無(wú)功快速調(diào)節(jié)。
圖2所示為綜合控制無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的控制框圖，它包括信號(hào)采集調(diào)理模塊、單片機(jī)及DSP運(yùn)算處理模塊、輸出單元、保護(hù)單元、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)、PLC及觸摸屏。
信號(hào)采集調(diào)理模塊負(fù)責(zé)采集三相電壓、電流信號(hào)，并將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離放大器隔離后送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入DSP運(yùn)算單元，與此同時(shí)，操作人員可以在觸摸屏上分別設(shè)置TSC和HVC補(bǔ)償回路的路數(shù)、容量數(shù)值及目標(biāo)功率因數(shù)等，所
6有參數(shù)設(shè)置完畢的同時(shí)也下傳給了 DSP運(yùn)算單元，DSP運(yùn)算單元根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)計(jì)算出當(dāng)前 電網(wǎng)的瞬時(shí)無(wú)功功率，再結(jié)合觸摸屏下設(shè)參數(shù)，決定投入哪一路或多路TSC與HVC補(bǔ)償回 路，并將投切控制信號(hào)送入輸出單元，輸出單元包括觸發(fā)脈沖形成電路和光電隔離電路，由 觸發(fā)脈沖形成電路產(chǎn)生高頻脈沖，再經(jīng)光電隔離電路進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換后，通過(guò)光纖傳送入到 過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)中。過(guò)零檢測(cè)技術(shù)是TSC補(bǔ)償系統(tǒng)中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，是決定TSC補(bǔ)償系統(tǒng) 性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。 一般來(lái)說(shuō)，為避免電容器投入時(shí)涌流的產(chǎn)生，選擇投切時(shí)刻時(shí)，應(yīng)保 證電源電壓與電容器殘壓幅值和方向相同，而電容器的殘壓往往不易被檢測(cè)出來(lái)，所以選 擇電壓過(guò)零點(diǎn)作為投入時(shí)刻。此時(shí)，晶閘管電壓與電源電壓均為零，可避免涌流，保證晶閘 管平穩(wěn)導(dǎo)通。本發(fā)明的過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)就是根據(jù)上述原理，通過(guò)檢測(cè)晶閘管兩端電壓的過(guò)零 點(diǎn)來(lái)決定投入電容器組的時(shí)刻并發(fā)出觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖采用電磁觸發(fā)方式，即觸發(fā)電路 的信號(hào)是通過(guò)脈沖隔離變壓器進(jìn)行傳輸?shù)模瑢?shí)現(xiàn)了一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)完全隔離，并同時(shí) 可對(duì)數(shù)十個(gè)晶閘管同時(shí)進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通、關(guān)斷，一致性高，同時(shí)具有很高的可靠性和安全性， 達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，既避免了對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，還可以盡快將電容器投入到系統(tǒng)中，提高了 TSC的響應(yīng)速度。另外，過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)在收到切除命令時(shí)，停止發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管在電流 過(guò)零時(shí)自動(dòng)斷開，直到下次再有觸發(fā)信號(hào)時(shí)才會(huì)在電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻重新投入。HVC補(bǔ)償回 路的投切則是依靠PLC系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，PLC在接到DSP運(yùn)算單元的投切指令后，對(duì)相應(yīng) 的HVC補(bǔ)償回路進(jìn)行投切操作，同時(shí)，還要將目標(biāo)功率因數(shù)與實(shí)際功率因數(shù)進(jìn)行比對(duì)，再結(jié) 合總的補(bǔ)償容量，確定一種最接近又不過(guò)補(bǔ)的組合方式，使電容器組一次投切到位，解決了 投切振蕩的問(wèn)題，又提高了補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度。主回路的工作狀態(tài)和故障情況可以傳回PLC， 由PLC進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)PLC將HVC所有的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)傳送給觸摸屏進(jìn)行顯示，觸摸 屏也具備手動(dòng)投切HVC的功能，方便了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試。TSC補(bǔ)償回路有專門的保護(hù)單元，具有 過(guò)壓、過(guò)流、超溫、可控硅故障、電容器故障等報(bào)警，同時(shí)對(duì)開關(guān)元件的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、 判斷。 一旦串聯(lián)晶閘管閥組中的晶閘管元件發(fā)生5個(gè)以上故障，保護(hù)電路控制輸出單元立 刻封鎖觸發(fā)脈沖，使三相晶閘管閥組停止導(dǎo)通，防止其它元件受到損壞。另外，保護(hù)單元還 要將三相晶閘管閥組的運(yùn)行信息、報(bào)警狀態(tài)通過(guò)CAN總線傳給單片機(jī)處理單元，經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換 處理后，再將所有這些TSC補(bǔ)償回路信息經(jīng)雙口 RAM傳送給DSP，由DSP進(jìn)行統(tǒng)一處理，隨后 DSP將這些系統(tǒng)信息由串口傳送給觸摸屏進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。觸摸屏具有遠(yuǎn)方通信功能，可與 上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，由上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，遙控操作各個(gè)本地設(shè)備、記錄系統(tǒng)運(yùn)行情 況，為各設(shè)備正常工作提供強(qiáng)有力的保障。 圖3、圖4所示為DSP運(yùn)算框圖和DSP算法流程圖，采用TMS320F2812型的DSP運(yùn) 算單元，以C語(yǔ)言為編程語(yǔ)言，基于瞬時(shí)無(wú)功理論實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率的快速運(yùn)算與補(bǔ)償。
首先將采集到的三相電壓、三相電流信號(hào)由a、b、c三相坐標(biāo)軸變換到兩相 正交的坐標(biāo)系上進(jìn)行分析，然后再經(jīng)d-q坐標(biāo)軸變換，變?yōu)樾D(zhuǎn)坐標(biāo)系參量，將諧波分量濾 除掉，并通過(guò)計(jì)算模塊的算法得到實(shí)時(shí)的無(wú)功功率。假設(shè)電網(wǎng)三相電壓、三相電流瞬時(shí)值分 別為Ua、Ub、U。和ia、 ib、i。，其中電壓瞬時(shí)值可以表示為
<formula>formula see original document page 7</formula>
上式中，Um為電壓幅值，"為角頻率。那么三相電網(wǎng)的瞬時(shí)無(wú)功功率就是電壓向量的模和三相電網(wǎng)瞬時(shí)無(wú)功分量的乘積，可以表示為
g = ^{[(K —"cK +("。
由以上兩式可以推導(dǎo)出另一公式 q = _Um[iacos co t+ibcos (" t_2 Ji /3) +iccos (" t+2 Ji /3)] 由此可知，只要采集某一時(shí)刻的系統(tǒng)電壓、電流值，就能快速的計(jì)算出有功功率和無(wú)功功率，同時(shí)為了避免現(xiàn)場(chǎng)的一些干擾，可以在一個(gè)周波內(nèi)采集多點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算有功和
無(wú)功功率，再對(duì)計(jì)算結(jié)果取平均值，以提高計(jì)算精度。 DSP運(yùn)算單元同時(shí)接收由觸摸屏設(shè)置的補(bǔ)償回路的路數(shù)和容量，結(jié)合系統(tǒng)當(dāng)前的無(wú)功功率，得到最佳的投切組合方式并控制相應(yīng)的支路進(jìn)行投切操作。 本發(fā)明已完成了樣機(jī)的生產(chǎn)并已投入運(yùn)行，試驗(yàn)證明，它有效地解決了以往補(bǔ)償
裝置響應(yīng)速度慢、計(jì)算精度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等難題。具有響應(yīng)快、精度高、易操作、低成本、運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。 以上實(shí)施方式僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下，作出各種等同變換或變化的技術(shù)方案屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇，由各項(xiàng)權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，由綜合控制運(yùn)算單元、TSC與HVC組成，其特征在于HVC補(bǔ)償回路在鄰近負(fù)載側(cè)與電網(wǎng)相連接，并通過(guò)濾波電抗器、真空接觸器并聯(lián)在電網(wǎng)上；TSC補(bǔ)償回路通過(guò)濾波電抗器、晶閘管閥組并聯(lián)在電網(wǎng)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其 特征在于所述的綜合控制運(yùn)算單元由觸摸屏、PLC與DSP運(yùn)算單元、觸發(fā)脈沖、保護(hù)系統(tǒng)組 成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償 系統(tǒng)，其特征在于所述的保護(hù)系統(tǒng)由觸摸屏、PLC與DSP運(yùn)算單元、觸發(fā)脈沖形成電路、光電 隔離電路、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)、故障檢測(cè)系統(tǒng)組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其 特征在于所述的HVC由固定電容器、濾波電抗器、斷路器或真空接觸器、繼電控制組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其 特征在于所述的TSC由并聯(lián)電容器組、濾波電抗器、晶閘管閥組、過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)組成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系 統(tǒng)的方法，其特征在于包括以下步驟(1) A/D采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)三相電壓、電流瞬時(shí)值；(2) 在觸摸屏中設(shè)置TSC與HVC的支路數(shù)和相應(yīng)支路的補(bǔ)償容量、目標(biāo)功率因數(shù)，電壓、 電流、諧波報(bào)警限值等系統(tǒng)參數(shù)；(3) DSP運(yùn)算單元將A/D采集系統(tǒng)采樣得到的電壓、電流信號(hào)利用瞬時(shí)無(wú)功理論進(jìn)行計(jì) 算，得到基波有功和無(wú)功電流，再根據(jù)目標(biāo)功率因數(shù)值計(jì)算出負(fù)荷所需要的無(wú)功容量，決定 哪一路或多路TSC與HVC相結(jié)合投入，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)無(wú)功調(diào)節(jié)；(4) 觸發(fā)脈沖形成電路將各支路TSC的脈沖觸發(fā)信號(hào)送給過(guò)零觸發(fā)系統(tǒng)，過(guò)零觸發(fā)系 統(tǒng)判斷系統(tǒng)在過(guò)零時(shí)刻投入電容器組，可使電容器投切過(guò)程中無(wú)涌流沖擊，同時(shí)由PLC控 制相應(yīng)支路的HVC進(jìn)行投切；(5) 在已確定無(wú)功容量且具備投切條件時(shí)，PLC還要進(jìn)行功率因數(shù)校驗(yàn)，S卩比較目標(biāo)功 率因數(shù)與實(shí)際功率因數(shù)；(6) 保護(hù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)TSC回路的工作情況和運(yùn)行狀態(tài)，并將TSC所有運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò) CAN總線傳給單片機(jī)處理單元，單片機(jī)處理單元再將這些運(yùn)行信息通過(guò)雙口 RAM送入DSP運(yùn) 算單元進(jìn)行相應(yīng)的處理；當(dāng)TSC回路出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)保護(hù)系統(tǒng)還可以發(fā)出閉鎖信號(hào)給輸出 單元以封鎖TSC投切信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的 方法，其特征在于采集到的三相電壓、三相電流信號(hào)由a、b、c三相坐標(biāo)軸變換到兩相 正交的坐標(biāo)系上進(jìn)行分析，然后再經(jīng)d-q坐標(biāo)軸變換，變?yōu)樾D(zhuǎn)坐標(biāo)系參量，將諧波分量濾 除掉，并通過(guò)計(jì)算模塊的算法得到實(shí)時(shí)的無(wú)功功率，假設(shè)電網(wǎng)三相電壓、三相電流瞬時(shí)值分 別為Ua、Ub、U。和ia、 ib、i。，其中電壓瞬時(shí)值可以表示為 <formula>formula see original document page 2</formula>上式中，Um為電壓幅值，"為角頻率，那么三相電網(wǎng)的瞬時(shí)無(wú)功功率就是電壓向量的模和三相電網(wǎng)瞬時(shí)無(wú)功分量的乘積，可以表示為<formula>formula see original document page 3</formula>由以上兩式可以推導(dǎo)出另一公式q = _Um[iacos co t+ibcos (co t_2 n /3) +iccos (co t+2 n /3)] 由此就能快速的計(jì)算出有功功率和無(wú)功功率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于觸摸屏、PLC與DSP綜合控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)是由綜合控制運(yùn)算單元、TSC與HVC組成。該控制方法首先采集三相電網(wǎng)電壓、電流并接收來(lái)自觸摸屏的相關(guān)參數(shù)，然后依據(jù)瞬時(shí)無(wú)功理論計(jì)算出此時(shí)系統(tǒng)所需的無(wú)功容量，并利用PLC對(duì)目標(biāo)功率因數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，得到最合理的補(bǔ)償回路組合方案，最后再運(yùn)用晶閘管過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，控制相應(yīng)的補(bǔ)償回路進(jìn)行投切。本發(fā)明有效地解決了以往補(bǔ)償系統(tǒng)不能進(jìn)行頻繁投切、響應(yīng)速度慢，補(bǔ)償精度低等問(wèn)題，同時(shí)也極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低了運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101697419SQ20091020893
公開日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者張景旭, 王國(guó)強(qiáng), 王瑞艦, 費(fèi)承堯, 邢金偉, 陶長(zhǎng)海, 齊紅超 申請(qǐng)人:哈爾濱九洲電氣股份有限公司;