1 引言
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,大功率變流、變頻設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。這些非線性的電力電子設(shè)備在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，消耗大量的無功功率，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，也會(huì)消耗數(shù)量可觀的無功功率。大量的無功電流導(dǎo)致供電電壓的波動(dòng)和閃變、供電電壓的波形畸變、功率因數(shù)惡化，給電網(wǎng)帶來不利影響。晶閘管控制電抗器（簡稱tcr）是目前動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償中應(yīng)用比較廣泛的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置，其性價(jià)比比較符合中國的國情，因此，本文提出一種基于ti公司高性能dsp芯片tms320f2812的tcr型靜止無功補(bǔ)償裝置(簡稱tcr型svc)。

2 tcr型svc的工作原理
tcr型svc通常由tcr和lc濾波器組成。如圖1所示，svc的輸出無功功率為q_z=q_c-q_r，f_c的輸出無功q_c為恒定值。當(dāng)負(fù)荷無功功率ql發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)tcr的輸出無功功率q_r，使系統(tǒng)供給的無功功率q_s近似為常數(shù)。lc濾波器在理想情況下，流入系統(tǒng)的諧波電流為0。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，要求濾波器投入后使注入系統(tǒng)的各次諧波電流和電壓總畸變率在國際標(biāo)準(zhǔn)限制以內(nèi)。

圖1 tcr型svc結(jié)構(gòu)圖

tcr的單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)，如圖2所示，而三相多采用三角形聯(lián)結(jié)^[1]。這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)。其中電抗器為儲(chǔ)能元件，吸收感性無功。通過調(diào)整觸發(fā)延遲角改變系統(tǒng)等效電納，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償器的等效電抗，達(dá)到調(diào)節(jié)感性無功的作用。

圖2 tcr單相結(jié)構(gòu)圖

lc濾波器是由濾波電容器、電抗器和電阻器組成的濾波裝置，作用是補(bǔ)償無功功率和濾除諧波。lc濾波器又分為單調(diào)諧濾波器、高通濾波器及雙調(diào)諧濾波器等幾種^[1]，實(shí)際應(yīng)用中常用幾組單調(diào)諧濾波器和一組高通濾波器組成濾波裝置。

3 tcr型svc的實(shí)現(xiàn)
tcr型svc包括主電路和控制系統(tǒng)兩部分,如圖3所示。這里重點(diǎn)介紹控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)通過采集系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流和負(fù)載電流信號(hào)，經(jīng)過處理產(chǎn)生觸發(fā)脈沖來控制tcr的晶閘管導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的無功功率補(bǔ)償，同時(shí)檢測(cè)電路故障信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)功能。

圖3 svc結(jié)構(gòu)組成圖

3.1 硬件實(shí)現(xiàn)
從圖4可以看出,該控制系統(tǒng)的硬件主要由信號(hào)調(diào)理單元、dsp控制單元、接口及繼電保護(hù)單元、晶閘管驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成。

圖4 svc控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 dsp控制單元
tms320f2812作為目前最先進(jìn)的32位定點(diǎn)dsp芯片，不僅有高速的cpu，巨大的存儲(chǔ)容量，還有豐富的片內(nèi)外設(shè)設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)，包括mcbsp多通道緩沖型串行接口、spi串口、sci異步串口、can總線控制器、a/d轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器以及事件管理器等。由于tms320f2812的優(yōu)異性能，本文選擇tms320f2812作為svc控制器的核心控制芯片^[2]。
3.1.2 信號(hào)調(diào)理單元
主要功能如下：
(1) 檢測(cè)三相電壓和電流；
(2) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，主要濾除高于采樣頻率的高頻噪聲信號(hào)；
(3) 跟蹤系統(tǒng)頻率變化，獲得相位同步信號(hào)；
(4) 實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換以滿足dsp控制單元對(duì)輸入信號(hào)的要求。
3.1.3 接口及繼電保護(hù)單元
主要功能如下：
(1) 對(duì)dsp產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)晶閘管的脈沖信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；
(2) 通過設(shè)置繼電器和產(chǎn)生脈沖封鎖信號(hào)實(shí)現(xiàn)裝置的正常啟停；
(3) 采集晶閘管故障信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。
3.1.4 晶閘管驅(qū)動(dòng)單元
主要功能是將脈沖信號(hào)放大、隔離得到晶閘管所需的高頻強(qiáng)觸發(fā)脈沖序列。
3.2 軟件實(shí)現(xiàn)
軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能是：
(1) 定時(shí)采樣，并實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換；
(2) 實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣信號(hào)的軟件濾波，并計(jì)算各相需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率；
(3) 通過折半查找法實(shí)現(xiàn)無功功率與晶閘管導(dǎo)通角之間的非線性化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于晶閘管觸發(fā)時(shí)刻的觸發(fā)脈沖；
(4) 對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行判斷，產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)。
為了提高裝置的抗干擾能力，采用了軟件看門狗等措施。軟件程序包括循環(huán)結(jié)構(gòu)的主程序和中斷服務(wù)程序，主程序流程圖如圖5所示。中斷服務(wù)程序是過零中斷、a/d采樣中斷和單比較器比較中斷，分別如圖6、7、8所示。其中，以單比較器比較中斷的優(yōu)先級(jí)為最高，a/d次之，過零中斷的優(yōu)先級(jí)最低。

圖5 主程序流程圖

圖6 過零中斷服務(wù)程序流程圖

圖7 a/d中斷服務(wù)程序的流程圖

圖8 單比較器比較中斷服務(wù)程序的流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了驗(yàn)證tcr型svc的無功補(bǔ)償性能，制作出一臺(tái)svc樣機(jī)，在380v、50hz的電源電壓下，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附表所示，可以看出未投入svc裝置時(shí)，功率因數(shù)較低；采用了svc裝置后，無功功率得到了補(bǔ)償，功率因數(shù)提高到接近于1，說明該svc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是正確且有效的。

5 結(jié)束語
針對(duì)當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域中存在的實(shí)際問題，本文采用數(shù)字處理芯片tms320f2812實(shí)現(xiàn)了tcr型svc的控制系統(tǒng)，并詳細(xì)說明了該控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)證明本方案無功補(bǔ)償效果良好，具有可觀的應(yīng)用前景。

作者簡介
周宇英(1968-) 男 高級(jí)工程師 研究方向?yàn)榇半娏ο到y(tǒng)。

參考文獻(xiàn)
[1] 王兆安,楊君,劉進(jìn)軍. 諧波抑制和無功功率補(bǔ)償. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998
[2] 蘇奎峰,呂強(qiáng)等. tms320f2812原理與開發(fā). 北京:電子工業(yè)出版社,2005