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基于dsPIC的静止无功补偿装置数字控制系统的设计

作　者: 邢颖
导　师: 吴建华
学　校: 东北大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 动态无功补偿晶闸管控制电抗器三相不平衡 dsPIC数字信号控制器
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
引　用: 2次
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内容摘要

当前电网中,由于接入了大量冲击性负荷(如交流电弧炉、轧机、电焊机等),引起了电网供电电压的波动与闪变、谐波、功率因数降低以及三相电压不平衡等,造成了电网电能质量下降、损耗增加和效率降低。因此,必须采取相应的措施对上述问题进行处理,采用静止无功补偿装置(Static Var Compensator, SVC)对综合解决上述电能质量问题有良好的效果。因此,设计具有快速响应、稳定性好的SVC便具有十分重要的意义。本文便是在此背景下,以东北大学和鞍山华夏电力电子设备有限公司联合开发的TCR (Thyristor Controlled Reactor,晶闸管控制电抗器)型SVC装置数字控制系统为研究基点,采用dsPIC数字信号控制器作为控制芯片,设计了针对15kV交流电弧炉的TCR型静止无功补偿装置的数字控制系统。目前已完成了数字控制系统样板的研发和部分功能模块的实验室调试,各项结果均达到了设计要求。本文主要完成的工作如下：(1)针对SVC的工作原理和TCR的工作特性,提出了SVC装置数字控制系统的整体设计方案。(2)以dsPIC30F6014A为核心控制芯片,采用面向三相不平衡负荷的补偿原理,设计了针对15kV交流电弧炉的TCR型SVC装置数字控制系统的硬件电路。(3)设计了数字控制系统的软件流程图,编写了部分模块的软件程序。在晶闸管触发角的算法中,采用了有理插值法来构造一个有理插值函数,用其来表示触发角和基波等效电纳的关系。仿真证明有理插值函数法逼近性更好,误差非常小(4)研究了SVC装置中晶闸管触发的三种不同触发方式,设计了一种使用CPLD来实现晶闸管间接光电触发的系统,实验证明该方法提高了触发脉冲信号的稳定性和抗干扰力,精度高,响应速度快,分散性小(5)分析了在硬件设计和电路板焊接过程中遇到的抗干扰等技术问题,给出相应的解决办法。同时在实验室的环境下,对硬件各功能模块进行硬件测试,给出了测试结果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题的研究背景和意义  11-12
  1.2 无功功率补偿技术  12-13
    1.2.1 无功补偿技术的发展  12
    1.2.2 无功补偿的作用  12-13
    1.2.3 无功补偿的目的和原则  13
  1.3 静止型无功补偿装置(SVC)  13-15
  1.4 本文的主要工作  15-17
第2章 TCR型SVC的结构及工作原理  17-33
  2.1 晶闸管控制电抗器(TCR)  17-24
    2.1.1 基本结构和原理  17-20
    2.1.2 TCR的主要接线形式和配置类型  20-21
    2.1.3 谐波分析与抑制  21-23
    2.1.4 TCR的动态性能和动态过程分析  23-24
  2.2 TCR型SVC的补偿原理  24-25
  2.3 TCR型SVC的控制系统  25-29
    2.3.1 信号检测  25
    2.3.2 触发脉冲的产生  25-26
    2.3.3 控制策略  26-29
  2.4 TCR的MATLAB仿真  29-32
    2.4.1 仿真软件的介绍  29-30
    2.4.2 单相TCR的仿真  30-31
    2.4.3 三相TCR的仿真  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章三相不平衡负荷的补偿算法  33-45
  3.1 三相不平衡的概念  33-34
    3.1.1 三相不平衡的基本概念  33
    3.1.2 三相不平衡产生的原因  33-34
    3.1.3 三相不平衡的危害  34
  3.2 三相不平衡负荷的补偿方法  34-41
    3.2.1 三相平衡化的基本原理  35-37
    3.2.2 基于对称分量法的三相不平衡负荷的补偿原理  37-41
  3.3 TCR型SVC控制系统的仿真分析  41-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章 TCR型SVC装置数字控制系统的设计  45-77
  4.1 TCR型SVC装置数字控制系统的硬件设计  46-69
    4.1.1 dsPIC30F6014A数字信号控制器简介  47-50
    4.1.2 模拟信号采集和调理电路的设计  50-51
    4.1.3 锁相同步电路的设计  51-54
    4.1.4 晶闸管光电触发与监测系统的设计  54-59
    4.1.5 开关量输入/输出电路的设计  59-61
    4.1.6 LCD显示和键盘输入电路的设计  61-64
    4.1.7 串口通信模块的设计  64-65
    4.1.8 电源模块的设计  65-66
    4.1.9 硬件电路的可靠性和抗干扰设计  66-69
  4.2 TCR型SVC装置数字控制系统的软件设计  69-76
    4.2.1 软件的功能及划分  69
    4.2.2 系统主程序流程图  69-70
    4.2.3 模拟信号采集与计算模块  70-71
    4.2.4 晶闸管触发角算法实现模块  71-74
    4.2.5 晶闸管触发延时时间计算模块  74-75
    4.2.6 键盘输入与液晶显示模块  75
    4.2.7 串口通信模块  75-76
  4.3 本章小结  76-77
第5章数字控制系统的硬件实现和测试结果  77-83
  5.1 数字控制系统硬件电路板的实现  77-79
  5.2 硬件电路板的调试结果  79-82
  5.3 本章小结  82-83
第6章结论与展望  83-85
  6.1 论文结论  83
  6.2 后继工作及展望  83-85
参考文献  85-89
致谢  89-91
攻读硕士期间所做工作  91

基于dsPIC的静止无功补偿装置数字控制系统的设计

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