摘要：固定式电容机械投切无功补偿系统存在实时性差、只能分级投切、机械装置动作频繁等缺点。动态无功补偿系统SVC采用TCR和TSC组合方式，可对无功功率进行动态、连续补偿。本文针对某一具体工程应用，确定了SVC主电路方案和相关技术参数，设计了基于DSP2000系列TMS320F2812的动态无功补偿系统控制装置，详细介绍了控制器的原理及实现技术以及软件功能，给出了系统采样信号、同步信号、触发信号等理论与实测波形。

　　关键词：无功补偿; SVC;控制器;DSP;研究

　　Abstract: The SVC founded in MC has many disadvantages such as badly real-time track, compensate in group, machine switch frequency and so on, whereas, the SVC founded on TCR and TSC can compensate vars dynamically and continuously. This paper gives a plan of the main circuit of SVC and the related technology parameter, also designs the dynamic SVC controlling device that based on DSP TMS320F2812.It introduces the principle and related technology of the SVC controlled device, and the software function of it. At the same time, it also gives the wave of sampling signal ,synchronously zero-check signal, thyristor trigger pulse, whether in theory or in fact.

　　Keywords: var compensate; SVC; Controller;DSP; research

　　1 引言

　　当今世界，经济迅猛发展，各种新型用电电器也随之而生。而在其中，不乏有大量电器为感性负载，严重加大了电力系统中的无功功率需求，造成网损增加，线路压降增大。传统的无功补偿装置尽管能达到一定的补偿效果，但由于它是采用分组投切电容器进行补偿的，故不能连续调节无功的输出，且只能发出容性无功，即发出的无功极性也是单一的P[1]P，远远不能满足当今社会电力系统的发展需求。再者，传统的无功补偿设备中的调相机和同步发电机属旋转设备，其损耗、噪声也都很大。因此，研究新型的无功补偿装置迫在眉睫。静止型动态无功补偿装置，简称SVC(Static var compensator)，多半是采用TCR+TSC补偿方式，其中TCR(Thyristor control reactor)为晶闸管控制电抗器，TSC( Thyristor switch capacity)为晶闸管投切电容器。这种TCR+TSC的补偿系统不但可以像传统补偿装置一样输出容性无功，而且由于有TCR的存在，还可以输出感性无功，且使得输出的无功在容性和感性范围内都连续可调P[2]P。本文采用高性能的DSP芯片做控制器的主控芯片，使得该补偿装置能实时跟踪用电负荷的无功功率变化，适时做出无功补偿，从而保证了整个电力系统的有效可靠运行。

　　基于本文原理所开发的装置已进入工程应用阶段，在化工、电解、钢铁、造纸、城市轻轨、超高压及特高压直流输电等行业的应用前景广阔，潜在的经济效益和社会效益巨大。

　　2 SVC主电路的设计

　　2.1系统主电路方案及相关技术参数的确定

　　本SVC系统是基于中盐湖南株洲化工集团的铜锌冶炼项目而设计的，各技术参数皆按运行参数和技术要求确定。系统主电路结构图如图1所示。TCR采用三角形联结，每相由一对反并联的晶闸管加上电抗器构成，为6脉波TCR，其线电流中含6 k士1次(k为正整数) 谐波。TSC采用星形联结，每相由一对反并联的晶闸管加上电容器构成。TCR和TSC并联到电网上，可对系统无功进行动态补偿和调节。

　　图1 主电路结构图

　　Fig.1 The structure diagram of main circuit

　　TCR相当于电感负载的交流调压电路的结构。其中电抗器为储能元件，吸收感性无功。通过调整触发延迟角改变系统等效电纳，从而调节补偿器的等效电抗，达到调节感性无功的作用。

根据运行要求，三相总补偿无功为350 kvar，每相的无功功率为350/3=116.67 kvar，单相基波电压为10KV，单相基波电流为11.67A。电抗器的电感(单相)L=8.260mH，电阻R=0.052W(品质因数Q=50)，R=0.0260W(品质因数Q=100)，投切电容器中的电容值为

　　3 动态无功补偿装置控制器的设计

　　3.1 控制器设计原理分析

　　控制原理图如图2所示。通过采样系统的电压电流，计算出系统的等值导纳。根据折算后的系统的等值总电纳，确定需要投入的TSC的组数，并计算出TSC的等效电纳，总电纳扣除TSC的等效电纳，即是TCR所需的电纳，其与晶闸管的触发角有如下关系P[3][4]P：

(1)

　　式中BBmaxB=1/wL (2)

　　通过采样SVC侧的电压信号，经过锁相环倍频，得到SVC侧电压的同步脉冲信号，此同步信号将作为TCR和TSC的基准信号。对于TCR，它是控制角a的基准;对于TSC，它是投切电容器的时间基准。由控制信号加上时间基准即可产生TCR和TSC的6路触发脉冲，经放大后去驱动晶闸管。

　　图2 SVC控制系统原理框图

　　Fig.2 The functional block diagram of SVC controlled system

　　3.2控制器硬件设计

　　控制器的具体硬件设计包括DSP主控板，电压电流信号采样板，电压过零检测板，PWM信号隔离板，触发脉冲放大板的设计等。

　　3.2.1控制器主板设计

　　主控板采用TMS320F2812做主控芯片。TMS320F2812是TI公司DSP控制器2000系列中的新款，内含高性能32位的CPU，最高运行速度可达150MIPS，片内FLASH和ROM皆可达128K*16，大容量的SARAM。12位，16通道的A/D转换器，转换速度快达80ns,。此外，它还具有完备的输入输出接口，键盘和显示接口，串口通信接口等。

　　采样，过零等信号送入DSP处理后，DSP会相应的输出PWM信号，并通过LCD显示系统电压，电流，有功，无功及功率因数等，当检测到的的温度，电压，电流过大时，DSP会保护动作，并输出相应的报警信号。

　　该控制器主板主要负责有功、无功、功率因数算法的实现，以及上位机与下位机的通信，LCD显示，键盘输入，PWM脉冲信号输出等。

　　控制器具体的硬件模块图如图3所示。

　　图3 主控板硬件原理框图

　　Fig.3 The functional block diagram of DSP

　　3.2.2 控制器采样板设计

　　采样原理框图如图4，采样电路主要是进行滤波，信号放大，电平抬升，稳压限幅等处理，把交流小信号变为0-3V的直流信号再送入DSP的ADC模块进行相关的A/D转换。

　　图4采样电路原理框图

　　Fig.4 The functional block diagram of sampling

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