基于TMS320LF2407A的低压动态无功补偿装置

近年来，随着城乡电网改造的实施和深入，在0.4kV级电网上安装低压动态无功补偿装置，可以提高供电质量、挖掘供电设备的潜力、降低线损等越来越被大家所共识。低压动态无功补偿装置一般由微控制器、投切电容器用开关、电容器组、空气开关、熔断器、不锈钢壳体等组成。其结构简单、投切方便灵活、节能效果显著，因而全国大约300多家企业生产无功补偿装置。但其中多数是技术水平低，缺乏较齐全的检测设备，生产量小，质量难以保证。尤其作为无功补偿装置关键单元的控制器和投切电容器的开关更是差异悬殊。本文就无功补偿装置的一些核心单元进行了重点剖析，并记录了一台森宝电气公司生产的无功补偿装置在西安供电局挂网运行情况数据。 信息来源:http://www.tede.cn

　　2、无功补偿的意义和原理

　　配电网中负荷无论是工业负荷还是民用负荷，大部分是感性负荷。它们运行时需从电网吸收大量无功功率，致使电网功率因数、电能质量降低，电网"技术损耗电能"增加。电网中安装并联电容器补偿装置后，它可以减少电源向感性负荷经由输电线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，故可以降低输电线路和变压器因输送无功功率而造成的电能损耗，从而提高电网功率因数、减少线损、电能质量得到明显改善。

　　电网中感性负荷等效电路可看作电阻R和电感L串联的电路，功率因数

式中 XL=WL

　　将R、L串联电路与电容C并联之后，电路如图1-a所示，该电路电流方程为：

图1 并联电容补偿无功功率的电路和向量图

a)补偿电路 b)相量图(欠补偿) c)相量图(过补偿)

　　由图1-b的相量图可知，并联电容后，电压 与 的相位差变小，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流的相位滞后电压，这种情况称欠补偿;若电容C的容量过大，使供电电流的相位超前于电压，这种情况称为过补偿，其向量图如1-c所示。这会引起变压器二次侧电压抬升;电容器温升升高，电容器本身的功率损耗增大，电容器使用寿命缩短;容性无功在线路上传输也会增加电能损耗。故此种情况应避免。

　　3、无功补偿装置结构和主电路

　　补偿装置主要由柜体、控制器、空气开关、避雷器、电容器、熔断器和复合开关等组成。其主电路图如下(方框内部是补偿装置主电路;方框外部是低压配电网)：

图2 无功补偿装置主电路

　　4、智能控制器

　　现在多数厂家的控制器，运算单元多以51系列单片机为主，其缺点是：①硬件资源有限，指令功能、运算能力弱。要将信号采样，电量计算，电网谐波分析，电容器投切，RS-485远程通讯和近距离RS-232无线通讯功能都由51单片机来完成，存在很多困难;②其外扩芯片多，控制器整体结构复杂，可靠性降低;③控制策略单一，遥信能力弱：控制器控制策略是以功率因数为依据，或以无功控制为依据，这种简单控制策略容易导致电网轻载时控制器误动作，使线路过补;④控制器保护功能不完善，达不到电力行业标准DL/T597-1996<<低压无功补偿控制器订货技术条件>>中所规定的功能。(即控制器应具有过压、欠压、投切延时保护功能，电容器投入、切除门限功能，循环投切功能，面板应具有硬件或软件闭锁功能，防止小负载时电容器投切振荡功能，抗干扰功能 。)

　　鉴于目前无功补偿装置的现状，本文在比较了多种无功补偿装置的优缺点后，研制了一种基于数字信号处理器为核心的智能低压无功补偿装置控制器。

　　控制器采用TMS320LF2407A芯片，该芯片是定点16位控制器中功能最全而又性能最好的。①其内部包含硬件乘法器、累加器、算术逻辑单元、辅助算术单元等多个处理单元，这些单元可以并列同时在一个指令周期内完成计划任务;②可独立访问64K字节的程序存储器与数据存储器空间;③内部总线采用并行体系结构，系统中设置了程序读总线、程序地址总线、数据读总线、数据写总线，由于总线是独立的，故可以同时访问程序和数据存储器，同时为处理器提供数据和指令，从而提高了数据吞吐量;④特殊的DSP指令具有单周期乘、加运算;⑤FFT倒位序变址寻址能力以及单周期指令执行时间为25nS和丰富的集成外设接口，这些丰富的资源可以很好地解决51系列单片机难以解决的问题。

控制器通过采集三相电压、电流，利用FFT变换算法，得到电网三相功率因数、电压、电流、有功功率、无功功率、2到13次谐波含量、有功电度、无功电度、电压，电流畸变率;具有存储每日整点功率因数、电压，电流最大值、停电，来电时刻及累计停电时间功能;整点指定日谐波数据;数据存储期为2个月;128X64大屏幕液晶显示全中文操作界面、数据，便于用户操作;具有RS-232、RS-485通讯物理接口，可