專利名稱：一種新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種西門子SIMATIC TDC控制平臺(tái)及相關(guān)模塊，特別是涉及一種新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子設(shè)備等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，其中各種電力電子開關(guān)器件的大量應(yīng)用和負(fù)載的頻繁波動(dòng)是最主要的干擾源，導(dǎo)致了一系列不良影響，電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行工作。靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償SVC裝置來(lái)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功，但其無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置存在響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)電網(wǎng)信號(hào)采集精度差，計(jì)算精度低，裝置工作穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
·
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，利用西門子SIMATIC TDC成熟的工業(yè)控制平臺(tái)，提供了一種高性能的無(wú)功補(bǔ)償控制裝置及其控制方法。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下方案一種新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，包括ADDC控制器、受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊、同步檢測(cè)模塊、帶通濾波器模塊、六相脈沖輸出模塊和TCR ；受電電流采樣模塊，用于采集三相系統(tǒng)電流，包括系統(tǒng)電流IA、IB、IC ；母線電壓采樣模塊，用于采集電網(wǎng)電壓，包括系統(tǒng)電壓UA、UB、UC ；TCR電流采樣模塊，用于采集TCR電流，包括TCRA、TCRB, TCRC ；同步檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)同步信號(hào)送往ADDC控制器；帶通濾波器模塊，用于濾除采樣信號(hào)中的諧波，帶通濾波模塊共有9個(gè)濾波支路，系統(tǒng)電流IA、IB、1C、系統(tǒng)電壓UA、UB、UC和TCR電流的TCRA、TCRB, TCRC電流都需要進(jìn)行濾波；受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波模塊送給ADDC控制器；同步檢測(cè)模塊檢測(cè)的同步信號(hào)也送給ADDC控制器，由ADDC控制器來(lái)計(jì)算脈沖角度，通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，還包括手動(dòng)電壓輸入模塊，用于在設(shè)備檢查及設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)手動(dòng)電壓信號(hào)幅值的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行比較計(jì)算，手動(dòng)輸出可調(diào)節(jié)的不同角度的觸發(fā)脈沖，從而手動(dòng)調(diào)節(jié)TCR發(fā)出的電流。所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，還包括投切信號(hào)輸入模塊，用于采集控制TCR投切的高壓開關(guān)柜送來(lái)的TCR并網(wǎng)信號(hào)、TCR斷網(wǎng)信號(hào)及其他故障信號(hào)，以便控制器能夠自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的并網(wǎng)、斷網(wǎng)及保護(hù)等操作。所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，還包括繼電器點(diǎn)輸出模塊，用來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行、故障指示燈，并且輸出控制狀態(tài)結(jié)點(diǎn)及故障狀態(tài)結(jié)點(diǎn)。所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置的控制方法，當(dāng)ADDC控制器檢測(cè)到三相電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)后，對(duì)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流進(jìn)行瞬時(shí)幅值采樣，應(yīng)用兩點(diǎn)法對(duì)本次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量及上次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量進(jìn)行計(jì)算，可以得到本次采樣時(shí)刻的電網(wǎng)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流的幅值及相位信息，再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)快速無(wú)功補(bǔ)償算法可以計(jì)算出為了完成無(wú)功補(bǔ)償功能TCR所需發(fā)出的電流值，然后通過(guò)查表法計(jì)算出需要發(fā)出的脈沖角度信息，最后通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明響應(yīng)速度快，基于TDC工業(yè)控制平臺(tái)的高速64位RSIC CPU，32M內(nèi)存，周期時(shí)間IOOil S使其計(jì)算速度更快。2、本發(fā)明動(dòng)態(tài)快速連續(xù)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖角度輸出，最大限度滿足功率因數(shù)補(bǔ) 償要求，任意時(shí)刻的功率因數(shù)達(dá)到0. 98 I. O。3、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖角度為102度至165度，增加了調(diào)節(jié)范圍。使無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的輸出范圍擴(kuò)大，提高了設(shè)備利用率，使設(shè)備發(fā)揮最大功效。4、本發(fā)明計(jì)算精度高，觸發(fā)角度在50Mvar容量無(wú)功補(bǔ)償裝置穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下實(shí)際運(yùn)行，無(wú)功波動(dòng)在30安培。5、本發(fā)明設(shè)備損耗小，設(shè)備工作穩(wěn)定性及精度高，使無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備感性與容性無(wú)功基本抵消，空載狀態(tài)下無(wú)功損耗小，空載損耗小。6、本發(fā)明采用西門子STEP7軟件，可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)修改。它支持用戶以用戶友好的簡(jiǎn)單方式使用這些系統(tǒng)的性能。7、本發(fā)明工作穩(wěn)定，所選用器件安全可靠，可滿足不同現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求，故障率低。
圖I是本發(fā)明無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置原理圖。圖2是本發(fā)明的無(wú)功功率補(bǔ)償器控制流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。見(jiàn)圖I，新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置包含如下模塊受電電流采樣模塊，用于采集三相系統(tǒng)電流(包括系統(tǒng)電流IA、IB、IC)；母線電壓采樣模塊，用于采集電網(wǎng)電壓(包括系統(tǒng)電壓UA、UB、UC)；TCR電流采樣模塊，用于采集TCR電流(包括TCRA、TCRB, TCRC)；同步檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)同步信號(hào)送往ADDC控制器；手動(dòng)電壓輸入模塊，用于在設(shè)備檢查及設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)手動(dòng)電壓信號(hào)幅值的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行比較計(jì)算，手動(dòng)輸出可調(diào)節(jié)的不同角度的觸發(fā)脈沖，從而手動(dòng)調(diào)節(jié)TCR發(fā)出的電流。投切信號(hào)輸入模塊，用于采集控制TCR投切的高壓開關(guān)柜送來(lái)的TCR并網(wǎng)信號(hào)、TCR斷網(wǎng)信號(hào)及其他故障信號(hào)，以便控制器能夠自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的并網(wǎng)、斷網(wǎng)及保護(hù)等操作。帶通濾波器模塊，功能是濾除采樣信號(hào)中的諧波。帶通濾波模塊共有9個(gè)濾波支路，系統(tǒng)電流從、四、1(、系統(tǒng)電壓以、服、此和TCR電流的TCRA、TCRB、TCRC電流都需要進(jìn)行濾波。繼電器點(diǎn)輸出模塊，用來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行、故障指示燈，并且輸出控制狀態(tài)結(jié)點(diǎn)及故障狀態(tài)結(jié)點(diǎn)。ADDC控制器器，是本裝置的控制核心。是基于西門子SIMATIC TDC工業(yè)控制平臺(tái)，使用SIMATIC STEP7軟件將三相快速無(wú)功功率補(bǔ)償算法程序與西門子SIMATIC TDC控制平臺(tái)相結(jié)合，開發(fā)出的高性能無(wú)功補(bǔ)償控制裝置裝置正常運(yùn)行時(shí)，受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊采集 到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波模塊送給ADDC控制器；同步檢測(cè)模塊檢測(cè)的同步信號(hào)也送給ADDC控制器。由ADDC控制器來(lái)計(jì)算脈沖角度。由于ADDC控制器采用的是TDC工業(yè)控制平臺(tái)，具有高速64位RSIC CPU，因此具有計(jì)算迅速，精度高且運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。同時(shí)在控制算法中，通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)大調(diào)節(jié)脈沖角度(102度至165度)來(lái)增裝置的輸出范圍，提高了設(shè)備利用率。參考圖2，ADDC控制器通過(guò)三相快速無(wú)功功率補(bǔ)償算法對(duì)采集的電網(wǎng)電壓、三相系統(tǒng)電流及TCR電流進(jìn)行計(jì)算，即當(dāng)ADDC控制器檢測(cè)到三相電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)后，對(duì)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流進(jìn)行瞬時(shí)幅值采樣，應(yīng)用兩點(diǎn)法對(duì)本次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量及上次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量進(jìn)行計(jì)算，可以得到本次采樣時(shí)刻的電網(wǎng)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流的幅值及相位信息，再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)快速無(wú)功補(bǔ)償算法(由系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流值代入快速無(wú)功補(bǔ)償算法可以得出，快速無(wú)功補(bǔ)償算法參考《西安理工大學(xué)》2004年碩士論文《基于工控機(jī)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制器》作者李美娜)可以計(jì)算出為了完成無(wú)功補(bǔ)償功能TCR所需發(fā)出的電流值，然后通過(guò)查表法(將TCR觸發(fā)角與TCR實(shí)際產(chǎn)生電流通過(guò)公式變換得出對(duì)應(yīng)的表格)計(jì)算出需要發(fā)出的脈沖角度信息，最后通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。如果運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)電網(wǎng)中的微機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)SVC設(shè)備所在母線發(fā)生故障或SVC自身發(fā)生故障時(shí)，控制器能夠通過(guò)投切信號(hào)輸入模塊檢測(cè)故障發(fā)生并能通過(guò)繼電器點(diǎn)輸出模塊及時(shí)閉鎖和跳閘信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，其特征在于，包括=ADDC控制器、受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊、同步檢測(cè)模塊、帶通濾波器模塊、六相脈沖輸出模塊和TCR ； 受電電流采樣模塊，用于采集三相系統(tǒng)電流，包括系統(tǒng)電流IA、IB、IC ； 母線電壓采樣模塊，用于采集電網(wǎng)電壓，包括系統(tǒng)電壓UA、UB、UC ; TCR電流采樣模塊，用于采集TCR電流，包括TCRA、TCRB, TCRC ； 同步檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)同步信號(hào)送往ADDC控制器； 帶通濾波器模塊，用于濾除采樣信號(hào)中的諧波，帶通濾波模塊共有9個(gè)濾波支路，系統(tǒng)電流IA、IB、1C、系統(tǒng)電壓UA、UB、UC和TCR電流的TCRA、TCRB、TCRC電流都需要進(jìn)行濾波； 受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波模塊送給ADDC控制器；同步檢測(cè)模塊檢測(cè)的同步信號(hào)也送給ADDC控制器，由ADDC控制器來(lái)計(jì)算脈沖角度，通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，其特征在于，還包括手動(dòng)電壓輸入模塊，用于在設(shè)備檢查及設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)對(duì)手動(dòng)電壓信號(hào)幅值的檢測(cè)來(lái)進(jìn)行比較計(jì)算，手動(dòng)輸出可調(diào)節(jié)的不同角度的觸發(fā)脈沖，從而手動(dòng)調(diào)節(jié)TCR發(fā)出的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，其特征在于，還包括投切信號(hào)輸入模塊，用于采集控制TCR投切的高壓開關(guān)柜送來(lái)的TCR并網(wǎng)信號(hào)、TCR斷網(wǎng)信號(hào)及其他故障信號(hào)，以便控制器能夠自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的并網(wǎng)、斷網(wǎng)及保護(hù)等操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，其特征在于，還包括繼電器點(diǎn)輸出模塊，用來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行、故障指示燈，并且輸出控制狀態(tài)結(jié)點(diǎn)及故障狀態(tài)結(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置的控制方法，其特征在于，當(dāng)ADDC控制器檢測(cè)到三相電壓過(guò)零點(diǎn)信號(hào)后，對(duì)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流進(jìn)行瞬時(shí)幅值采樣，應(yīng)用兩點(diǎn)法對(duì)本次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量及上次電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻采集的9路模擬量進(jìn)行計(jì)算，可以得到本次采樣時(shí)刻的電網(wǎng)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)三相電流及TCR電流的幅值及相位信息，再將這些數(shù)據(jù)通過(guò)快速無(wú)功補(bǔ)償算法可以計(jì)算出為了完成無(wú)功補(bǔ)償功能TCR所需發(fā)出的電流值，然后通過(guò)查表法計(jì)算出需要發(fā)出的脈沖角度信息，最后通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型無(wú)功功率補(bǔ)償器控制裝置，包括ADDC控制器、受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊、同步檢測(cè)模塊、帶通濾波器模塊、六相脈沖輸出模塊和TCR；受電電流采樣模塊、母線電壓采樣模塊、TCR電流采樣模塊采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波模塊送給ADDC控制器；同步檢測(cè)模塊檢測(cè)的同步信號(hào)也送給ADDC控制器，由ADDC控制器來(lái)計(jì)算脈沖角度，通過(guò)六相脈沖輸出模塊將觸發(fā)脈沖信息在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻為基準(zhǔn)以脈沖的形式發(fā)送給TCR，TCR根據(jù)該脈沖發(fā)出電流進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。能夠快速、高效的進(jìn)行無(wú)功率補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102723723SQ201210228308
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者張玉良 申請(qǐng)人:遼寧立德電力電子有限公司