[发明专利]基于瞬时序分量功率的动态无功补偿控制器

说明书

技术领域

本发明是根据配电网或用户对无功功率的要求，基于瞬时序分量功率算法而设计的一种具有模块化、网络化、智能化特性，可以实现对平衡或不平衡负载进行自适应三相共相或分相混合补偿的准实时动态无功补偿控制器，属于电能质量技术领域。

背景技术

随着交流电弧炉、轧钢机等不平衡、冲击性工业用电设备日益增多，由此产生了功率因数低、电压波动和闪变以及三相电压和电流不平衡等诸多电能质量问题。常规的低压无功补偿装置一般由控制器、并联补偿电容器、投切开关、熔断器等组成，结构复杂、接线繁琐、扩容困难、动态响应慢、运行的可靠性也不高，维护比较困难。

随着半导体技术的进步，越来越多的高性能处理器或数字信号处理器应运而生，处理器的运算速度呈大幅上升趋势，数字信号处理器从原来的定点运算向浮点运算过渡，功耗却大大降低，综合性能比前代的处理器有了很大的飞跃。这使得这些高性能的处理器用于电网控制已成可能，且对于电网频率来说，处理器的运算速度已经可以满足绝大部分的应用，从而使得控制成为实时的。

随着计算机技术、通信技术的发展，使用网络来连接电力电子模块已经成为趋势，网络控制不仅能有利于电力电子模块化，还能提高系统整体的性能。基于总线或以太网的分布式电力电子系统与传统的集中式控制系统不同，总线既可以传输电力电子数据信息还可以传输控制命令，主机可以与另外的主机通讯，还可以通过IEC61850规约与外界通讯。通过这种方式，具有能让电力电子系统通过网络实现资源共享、连接线数减少、易于扩展、易于维护、高效、可靠等优点。

自从上世纪日本科学家提出瞬时无功功率理论以来，瞬时功率理论已经在快速动态无功补偿装置中得到了广泛应用，但由于理论是基于三相三线的平衡系统提出的，而目前生产中有大量的三相四线制不平衡负载，这使得理论的应用受到了限制，有必要对其进行修正。

因此，为了满足用户的需求和电力电子模块化的趋势，有必要根据目前最新的技术对动态无功补偿控制器进行结构上、功能上的重新分析和设计。

发明内容

本发明提供一种基于瞬时序分量功率的动态无功补偿控制器。

基于瞬时序分量功率的动态无功补偿控制器：控制器硬件包括：数字信号处理模块、交流采样模块、串行总线通信模块和人机接口模块，交流采样模块、数字信号处理模块和人机接口模块顺次相连，串行总线通信模块与数字信号处理模块相连；控制器软件包括顺序相接的系统初始化模块、采样计算模块、保护模块、电容器投切控制模块、总线通讯组网模块和人机界面通讯模块，检测算法采用瞬时序分量功率求解法。

上述瞬时序分量功率求解技术，实现了三相电路全相或单相自适应动态无功补偿。

上述数字信号处理模块包括：DSP、外部静态存储器SRAM、外部FLASH、EEPROM、实时时钟和监控定时器芯片；DSP通过地址总线、数据总线和控制总线对外部静态存储器SRAM、外部FLASH进行读写操作和数据交换；DSP通过SPI总线与EEPROM和实时时钟进行数据交换；使用DSP的引脚GPIO5作为监控定时器芯片的WDI信号，监控定时器芯片的RESET引脚直接连接DSP的RESET引脚；DSP分别与交流采样模块、人机接口模块相连。

上述数字信号处理模块由DSP、外部静态存储器SRAM、外部FLASH、EEPROM、实时时钟、监控定时器芯片、和缓冲芯片等外围辅助电路共同构成一个基本的嵌入式系统。

上述使用DSP的引脚GPIO5作为外部硬件监控定时器芯片的WDI信号，监控定时器芯片的RESET引脚直接连接DSP的RESET引脚，实现了上电复位和故障恢复等功能。

为了提高产品的兼容性，DSP为TMS320F28335；外部静态存储器SRAM为512Kbyte，外部FLASH为2Mbyte，EEPROM为256Kbyte。

交流采样模块包括顺序相接的PT/CT变换部分、滤波部分和AD采样部分；每周波固定采样由硬件锁相环完成，AD采样部分与DSP相连。

AD采样部分为AD7656，硬件锁相环为CD4040和CD4046，CD4040、CD4046分别完成N倍频和锁相功能，AD7656完成AD转化，以实现准同步采样。由精密PT/CT输出的小信号，经滤波后得到的信号将通过交流变换模块的最后一个环节AD转换将结果送入DSP进行分析。