磁控電抗器介紹

1、第二章磁閥式電抗器共四十九頁2.1 磁控電抗器在國內(nèi)外研究(ynji)概況2.2 磁控電抗器的工作(gngzu)原理2.4 基于ADuC7026和ADSP21992的MCR控制器2.3 磁控電抗器的控制策略2.5 結(jié)束語共四十九頁2.1 磁控電抗器在國內(nèi)外研究(ynji)概況2.1.1 MCR研究(ynji)的現(xiàn)實意義 隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展，人們生活水平的普遍提高，超高壓、特高壓電網(wǎng)相繼投入運行，對供電質(zhì)量及可靠性的要求越來越高。因此產(chǎn)生了一系列的新問題：超高壓大電網(wǎng)的形成及負荷變化加劇，要求大量的無功功率源以調(diào)整電壓，維持系統(tǒng)無功潮流平衡，減少損耗，提高供電可靠性。電網(wǎng)中效益和改善供電質(zhì)量

2、十分重要。根據(jù)電力工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展，新型無功補償裝置的研的無功平衡對提高全網(wǎng)經(jīng)濟制和應用是我國當前電力系統(tǒng)需要著重解決的重大關鍵技術課題。 特別是近年來，鐵路進行了大規(guī)模的電氣化建設。其牽引電網(wǎng)具有的功率因數(shù)低、諧波含量高、負序電流大等特點，對電網(wǎng)電能質(zhì)量污染嚴重，因此必須采取措施治理。而目前常用的固定容量并聯(lián)電容器組和LC 濾波器等無源設備,不能根據(jù)負載情況靈活地調(diào)節(jié)補償容量,無法有效解決現(xiàn)代化高速、重載機車帶來的問題。共四十九頁 在現(xiàn)有的無功補償裝置中，早期的典型代表是同步調(diào)相機，它能對無功功率進行動態(tài)補償，同時具有快速的過載能力，但由于其運行噪聲大、維護費用高，從總體上說這種補償手段已顯

3、陳舊。并聯(lián)電容器的成本較低，但其只能補償固定的無功功率，且無過載能力。靜止無功補償裝置（SVC）在近年獲得了較大的發(fā)展，典型代表是固定電容器+晶閘管控制電抗器（FC+TCR）和晶閘管投切電容（TSC），SVC 的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率，且響應速度快，但由于TCR采用相控原理，故產(chǎn)生較大諧波，TSC只能分組投切，需和TCR配合才能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。現(xiàn)代靜止無功發(fā)生器（SVG）和有源電力濾波器（APF）等補償裝置，通過不同的控制策略，可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)諧波、無功和負序電流進行綜合電能質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)，正在工業(yè)系統(tǒng)中逐步進行實用化研究，然而(rn r)在高壓系統(tǒng)中，這種裝置的廣泛應用卻受到

4、了目前電力電子元器件電壓水平和容量水平以及價格因素的制約。對于我國乃至國外未來的電力系統(tǒng)而言，無功補償裝置的設備選型問題，技術經(jīng)濟性仍然是一個主要考慮的問題。 共四十九頁 磁閥式可控電抗器由于其制造工藝簡單 ,成本低廉 , 容量連續(xù)可調(diào)、適用高電壓(diny)，可直接用于直到1150kV的任何電壓(diny)等級的電網(wǎng)中，對于提高電網(wǎng)的輸電能力 ,調(diào)整電網(wǎng)電壓(diny) ,補償無功功率 ,以及限制過電壓(diny)都有非常大的應用潛力。因此對其進行認真的研究和設計研制總結(jié)具有十分重要的工程實際意義。特別是在電氣化鐵路無功補償系統(tǒng)中，利用磁閥式可控電抗器建立的動態(tài)無功補償系統(tǒng)與現(xiàn)有的常用無功補

5、償系統(tǒng)方案相比，具有很多突出的優(yōu)點。同時利用磁閥式可控電抗器構(gòu)建的電氣化鐵路電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，還可對電氣化鐵道的無功、諧波及負序電流進行綜合治理，這對于保證電力系統(tǒng)正常運行和提高鐵路部門的經(jīng)濟效益都具有十分重要的意義。共四十九頁 MCR是基于美國人E.F.W.Alexandra在1916年發(fā)表的在磁通放大器的研究基礎之上發(fā)展的。隨著高磁感應強度以及低損耗的晶粒取向鋼片的出現(xiàn)，對磁通放大器和飽和電抗器的理論及應用達到了一個新的水平。1955年，通用電氣公司成功制造了世界上第一臺100Mvar/6.6kV的MCR，但是這臺MCR的弊端是產(chǎn)生巨大的損耗以及調(diào)節(jié)速度緩慢(hunmn)。1986年，前蘇

6、聯(lián)專家A.M.Bryantsev提出了新型結(jié)構(gòu)MCR，第一次提出了電磁閥的概念?；谶@個理論，電抗器的性能得到大大的改善，MCR的研究得到了突破 。2.1.2 MCR研究的現(xiàn)狀(xinzhung)和應用情況共四十九頁 隨后，60Mvar/500kV,25Mvar/110kV ，100Mvar/220kV,180Mvar/330kV和180Mvar/500kV的MCR分別在1989， 1999，2000，2003和2005年投產(chǎn)并運行成功。國外俄羅斯學者也在MCR方面進行了深入的研究，取得了顯著的進展，其可應用于直至1150kV的任何電壓等級。俄羅斯電工研究院及相關企業(yè)已經(jīng)設計制造了50多臺35

7、500kV不同(b tn)類型的MCR。主要業(yè)績有：赤塔電站(俄羅斯)電壓等級為220kV、容量為l00MVA的三相MCR于2002年投入運行；巴拉諾維奇電站(白俄羅斯)電壓等級為330kV、容量為180MVA的三相MCR于2003年投入運行；西伯利亞(俄羅斯)電壓等級為500kV、容量為180MVA的三相MCR于MCR 2005年投入運行。從而MCR在獨聯(lián)體國家的電網(wǎng)中發(fā)揮了重要作用。 共四十九頁 國內(nèi)對MCR的研究始于上世紀90年代，各種電壓等級的MCR得到迅速發(fā)展，35KV電壓等級的MCR在鐵路，鋼鐵廠和電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。武漢大學對MCR的研究開展得較早，已成功地研制出磁控式動

8、態(tài)無功補償裝置和消弧線圈，運行效果良好。上海交通大學，華北電力大學等院校對直流可控電抗器進行了研究，浙江大學等對交流可控電抗器進行了較為細致的研究。2007年9月29日，由中國電力科學研究院、華東電力設計院、特變電工沈陽變壓器集團、西電集團等相關單位聯(lián)合攻關自主研發(fā)的國內(nèi)首臺首套500kV MCR江陵站可控高抗的全部調(diào)試工作順利結(jié)束，與右荊(峽江)II回線路同時進入24小時(xiosh)試運行，標志著我國已經(jīng)掌握了MCR的核心技本，達到國際先進水平。 共四十九頁 目前有動態(tài)補償裝置如晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlled Reactors，TCR)不僅價格昂貴，而且占地面積

9、大、結(jié)構(gòu)復雜，不能推廣。由于TCR可控硅處在設備的高壓側(cè)，故不能直接用于電壓等級高的電網(wǎng)，需經(jīng)變壓器降壓使用。 而MCR采用自耦勵磁和極限磁飽和先進技術，較TCR和變壓器型可控電抗器(CRT)具有輸出諧波小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價格低廉、占地面積小等顯著優(yōu)點，是超高壓和特高壓電網(wǎng)理想的動態(tài)無功補償裝置。又由于在特高壓長距離輸電線路中使用MCR對于限制(xinzh)過電壓以及實時補償系統(tǒng)的無功功率、提高線路的輸電能力、調(diào)整線路電壓、顯著減少線路空載(輕載)損耗，提高電網(wǎng)可靠性和優(yōu)化電網(wǎng)運行狀況的功能等方面都有非常大的潛力。所以MCR必將在我國超/特高壓輸電線路中得到廣泛應用。 共四十九頁 目前世

10、界上最主要的MCR制造商有獨聯(lián)體可控電抗器集團(Controllable Electfic Reactors Consortium of Russia & the Commonwealth of Independent States (CIS)，CERC)，在美國建立了網(wǎng)站()進行宣傳；俄羅斯表示(biosh)將會用MCR全部取代TCR；美國電力科學研究院(EPRI)于2002年9月宣布推廣MCR技術在國內(nèi)的應用，并給予經(jīng)費資助；印度和巴西等國也表示(biosh)出對MCR的極大關注。為滿足電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷升級的要求，相信隨著我國特高壓電網(wǎng)建設時代的到來，MCR在我國也將具有廣闊的應用前景。

11、共四十九頁2.2 磁控電抗器的工作(gngzu)原理2.2.1 磁控電抗器的結(jié)構(gòu)(jigu) 磁閥式可控電抗器根據(jù)電壓等級和容量大小不同可劃分為高壓小容量，高壓大容量以及超高壓大容量三種基本結(jié)構(gòu)形式。在本文中以10KV的電壓等級電網(wǎng)為例，電抗器容量比較小，在這種低壓等級下，采用主線圈與控制線圈合二為一，以簡化結(jié)構(gòu)和減小損耗。為獲得所需的輸出電流和減小諧波，電抗器鐵芯采用分段布置的小截面段，工作時，小截面段飽和，大截面始終處于未飽和狀態(tài)，鐵芯結(jié)構(gòu)為圖2.1圖2.1 磁控電抗器結(jié)構(gòu)圖共四十九頁為了便于分析，參考以下(yxi)的磁路系統(tǒng)圖圖2.2 磁控電抗器的磁路(c l)系統(tǒng)圖 如圖2.2所示，電

12、抗器鐵心磁路由大面積Acore(長度為l-Lt)和小面積段AFe(長度為Lt)串聯(lián)而成。因為在磁閥式可控電抗器的整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大面積段鐵心的工作狀態(tài)始終處于磁特性的未飽和線性區(qū)，其磁阻相對Lt段鐵心很小，故予以忽略。因此磁路系統(tǒng)可簡化為圖2.2(a)中的形式。由圖可見磁閥式可控電抗器的磁路呈“閥式”結(jié)構(gòu)，當面積為AFe的小截面段鐵心完全飽和時，相當于磁閥門全部關閉，磁阻最大，此時整個磁路猶如面積為Acore，長度為Lt的磁閥。當面積為AFe的小截面鐵心段處于不飽和線性區(qū)時，磁阻十分小，磁力線幾乎完全從中通過，磁閥門完全打開。圖2.2(b)(c)分別為上述兩種情況的示意圖。在其它情況下，磁

13、力線將有一部分通過面積為Acore-AFe的空氣隙；另一部分磁力線通過小截面段鐵心。前者磁阻為線性，后者磁阻則為非線性。所以磁控電抗器的磁路由兩個并聯(lián)的磁阻組成，如圖2.2(d)所示。圖中F為磁路磁勢，Rq為空氣隙部分磁阻：Rq=Lt /m0( Acore-AFe)，(m0為空氣磁導率)，Rt為小截面段鐵心磁阻：Rt=Lt /mAFe(m為鐵心平均磁導率)。對應的磁通為F=AFeB，磁化曲線為：H=f(B)。共四十九頁2.2.2 磁控電抗器的實現(xiàn)(shxin)原理圖2.3 磁控電抗器原理圖 圖2.3(a)為磁控電抗器結(jié)構(gòu)圖，圖2.3(b)為相應的原理圖。磁控電抗器的主鐵芯分裂為兩半(即鐵心1和

14、鐵心2)，截面積為Acore，每一半鐵心截面積具有減小的一段，四個匝數(shù)為N/2的線圈分別為對稱地繞在兩個半鐵心柱上(半鐵心柱上的線圈總匝數(shù)為N)，每一半鐵心柱的上下兩繞組各有一抽頭(chu tu)比為a=N2/N的抽頭，它們之間接有晶管T1(T2)，不同鐵心上的上下兩個繞組交叉連接后，并聯(lián)至電網(wǎng)電源，續(xù)流二極管則橫跨在交叉端點上。在整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，只有小面積段的磁路飽和，其余段均處于未飽和的線性狀態(tài)，通過改變小截面段磁路的飽和程度來改變電抗器的容量。共四十九頁 由圖2.3(b)的電路圖可知，若晶閘管K1、K2不導通，由繞組結(jié)構(gòu)的對稱性可知可控電抗器與空載變壓器相同。當電源e處在正半周期時，

15、晶閘管K1承受正向電壓(diny)， K2承受反向電壓。若K1觸發(fā)導通(a、b點電位相等)，電源e經(jīng)變比為d的線圈(N/2)自耦變壓后由匝數(shù)N2的線圈向電路提供直流控制電壓和電流iK、 iK 。不難得出K1導通時的等效電路，如圖2.4(a)所示。同理，若K2在電源的負半周期導通(c、d電位相同)，則可得出圖2.4(b)所示的等值電路。由圖可見，K1導通所產(chǎn)生的控制電流方向與K2導通時所產(chǎn)生的一致，也就是說在電源的一個工頻周期內(nèi)，K1、K2的輪流導通起了全波整流的作用，而二極管D的作用是續(xù)流。與一般的可控整流原理一樣，其有利于晶閘管K1、K2的關斷，提高整流效率。共四十九頁圖2.4 晶閘管導通時

16、可控電抗器等效電路圖 改變晶閘管K1、K2的觸發(fā)導通角就可以改變控制電流ik、ik的大小，從而改變鐵心的磁飽和度，平滑調(diào)節(jié)可控電抗器容量。由圖2可知，匝數(shù)N1/2的線圈中流過的電流分為兩部分：直流控制電流ik、ik 、工作電流i、i(約為i的一半)。直流控制電流ik、ik流過兩個匝數(shù)為N1/2的線圈(串聯(lián))，所產(chǎn)生的控制磁通在兩個鐵心內(nèi)自我閉合，工作電流i、i流過上下兩組串聯(lián)的繞組，所產(chǎn)生的交流工作磁通通過兩個并聯(lián)鐵心和另一鐵心閉合，具體電路圖如圖2.5所示。顯然，磁閥式可控電抗器的工作與控制繞組合并為一個，這有利于減少損耗(snho)，簡化結(jié)構(gòu)。共四十九頁圖2.5 K1、K2導通時等效電路圖

17、共四十九頁2.2.3 磁控電抗器的工作(gngzu)狀態(tài) 根據(jù)上圖的磁閥式可控電抗器原理，磁閥式可控電抗器的晶閘管K1、晶閘管K2及二極管D的可能導通情況，可以列出一下5種狀態(tài)： (1) K1導通、D截止、K2截止； (2) K1導通、D導通、K2截止； (3) K1截止、D導通、K2截止； (4) K2導通、D截止、K2截止； (5) K1截止、D導通、K2導通； 總結(jié)5種狀態(tài)，磁閥式可控電抗器在正弦電壓的作用(zuyng)下，K1 、K2 、D輪流導通的情況如下圖2.6所示： 圖2.6 磁閥式可控電抗器的工作狀態(tài)變化圖 共四十九頁下圖為磁閥式可控電抗器等效電路：共四十九頁 在電源的正半周期

18、，晶閘管K1觸發(fā)導通的過程與電源負半周期時K2觸發(fā)導通過程完全相同。在接下來的周期K1、K2、D輪流導通、截止。因此只需對電抗器的前三個工作狀態(tài)進行(jnxng)推導即可。電抗器的電流流通圖2.7如所示(a) K1導通、D截止(jizh)、K2截止圖2.7 狀態(tài)拓撲圖(b) K1截止、D導通、K2截止(c) K1截止、D截止、K2導通共四十九頁 對于第一種狀態(tài)，K1導通、D截止、K2截止，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖2.7(a)，控制電路圖如圖2.8所示，從圖可以看出(kn ch)，得到該狀態(tài)的相應狀態(tài)方程，根據(jù)不同狀態(tài)，得到每個狀態(tài)方程，可以看出(kn ch)工作電流，工作電壓的變化情況。下 頁返回下 頁

19、上 頁返 回圖2.8 K1導通時的控制電路同理，對于其他幾種狀態(tài)(zhungti)，可以得出相應的控制電路圖，在這不再介紹了共四十九頁 鐵芯的磁特性(txng) 當鐵心中磁感應強度B以及磁場強度H僅有交流(jioli)分量時鐵心的磁回線如圖(2.9) ，繞組感抗是一定的，大小取決于鐵心材料的磁特性參數(shù)（如磁導率m）。要改變鐵芯的磁狀態(tài)，從而改變繞組的感抗值以及激勵電流的大小，則需要改變鐵芯飽和度，或者改變電源電壓的大小。 其中：w=2pf為角頻率，Sc為鐵芯截面積，lc為磁路平均長度，m為磁導率，N為繞組匝數(shù)2.2.4 磁控電抗器的特性分析圖2.9 鐵芯的磁特性共四十九頁 當鐵心同時受到交流和

20、直流激磁作用時，鐵芯的磁感應強度以及磁場強度既有交流分量，又有直流分量，隨著直流激勵作用的改變，鐵芯的磁感應強度以及磁場強度大小發(fā)生改變，鐵芯的磁化過程特性也發(fā)生改變，呈局部回線狀態(tài)，如圖2.10所示。這樣(zhyng)交流大小一定時，改變直流激勵的大小，就必然會改變交流回路參數(shù)（如繞組感抗，電流大小及波形等）圖2.10 有直流和交流(jioli)激勵時的磁滯回線（1）僅有交流激勵 （2）有直流和交流激勵共四十九頁 當直流激勵電流為0時，交流(jioli)繞組感抗值最大，繞組內(nèi)電流最小，相當于變壓器空載運行。在這設鐵心中磁感應強度為正弦變化，鐵心在一周內(nèi)磁狀態(tài)工作點的變化如圖2.11(a)所示

21、。當直流激勵電流一定時，磁狀態(tài)工作點的變化如圖2.11(b)所示： 由圖分析，由于交流與直流激勵的疊加，鐵心工作于磁特性(txng)的飽和段，隨著直流激勵的增大，鐵心飽和，磁感應強度增大，改變了鐵心的工作狀態(tài)點，交流繞組的感抗小，交流電流增大，相當于“閥門”打開。圖2.11 鐵芯的磁狀態(tài)變化圖（a）僅有交流激勵 （b）有直流和交流激勵共四十九頁 磁場強度(cchng qingd)H與飽和度b 在正弦電壓e和控制電流ik的作用下， 可控電抗器鐵芯1和2中的磁感應強度B1和B2的波形為直流和正弦波的迭加。磁感應強度直流分量Bd將總磁感應強度的一部分抬至鐵芯磁飽和強度Bs以上，一個工頻周期內(nèi)磁感應強

22、度大于飽和值Bs所對應(duyng)的電角度為b，稱為鐵芯的磁飽和度，如圖2.12示出了磁感應強度波形。由圖可見，為分析方便，設鐵心的磁化曲線為一斜率m0的理想的磁化曲線，H1、H2為對應的磁場強度，如圖中的陰影部分所示。圖2.12 鐵芯飽和示意圖共四十九頁圖2.13 磁閥式可控電抗器輸出電流(dinli)波形從圖中分析，改變晶閘管的觸發(fā)角a，則改變的了鐵芯的磁飽和度b， b越大，輸出工作(gngzu)電流越大，電流波形越接近正弦波，產(chǎn)生的諧波越小。共四十九頁 不同飽和度b下等效電抗(dinkng)的變化情況 首先從理論上分析，圖2.14及圖2.15其分別表示在不同直流控制磁場強度時磁導率曲線

23、m=f (B)，及對應的m=f (Hk)。Hk越大，鐵心越飽和，m越小。無論(wln)直流激勵電流方向如何，這種變化規(guī)律是相同的。圖2.14 不同Hk時m-Bm圖圖2.15 m-f(Hk)圖交流繞組的感抗值跟m有關，因此感抗值隨直流控制電流Ik有關，Hk越大，感抗值越小。共四十九頁 根據(jù)磁閥式可控電抗器的電磁方程的求解，然后通過仿真，可以得到其伏安特性曲線，如圖2.16所示。圖中縱坐標為電壓幅值標么值，基準量為額定電壓的幅值；橫坐標為電流基波(j b)分量幅值的標么值，基準量為額定電流幅值（基波(j b)）。由于當a角確定時，線圈繞組總電阻R值的大小相對電抗器阻值來說比較小，則可見磁閥式可控電

24、抗器的伏安特性近似線性，如圖圖2.16 磁閥式可控電抗器的伏安(f n)特性從圖中分析，斜率為電抗器電抗值，隨著觸發(fā)角a增大，鐵心飽和度b越小，則直流勵磁電流越小，從而電抗值越大共四十九頁當觸發(fā)角a為0時，飽和度為2p，晶閘管電流(dinli)和二極管電流(dinli)的波形 下面通過c語言編程仿真出來的不同觸發(fā)角下晶閘管和二極管電流的波形(b xn)，來分析，得出上面的結(jié)論 共四十九頁2.3 MCR控制策略 MCR可用調(diào)壓、無功補償?shù)??；贛CR的無功功率補償裝置是以三相電流為判據(jù)，快速地跟蹤現(xiàn)場電流的變化，動態(tài)地調(diào)節(jié)各相投入的補償電納，調(diào)節(jié)三相不平衡系統(tǒng)的平衡化。這就是說，控制裝置應能自動

25、檢測系統(tǒng)所需要的所有電量，并且能根據(jù)檢測量自動算出MCR的各相電納的大小和相應的晶閘管觸發(fā)(chf)延遲角。這樣，MCR就可根據(jù)三相電流的變化，自動調(diào)節(jié)投入各相的補償電納。此外，如果希望實現(xiàn)電力系統(tǒng)的集中控制， 還需要添加切合實際的通信方案。根據(jù)MCR的工作要求，控制系統(tǒng)主要(zhyo)功能有:1、實現(xiàn)系統(tǒng)MCR無功補償?shù)娜嚯妷?、電流的采?2、實現(xiàn)三相補償無功功率、補償電流的計算，通過 查表或者計算公式找出晶閘管觸發(fā)控制角a:3、實現(xiàn)晶閘管的觸發(fā)控制;4、實現(xiàn)對MCR的保護控制，以及系統(tǒng)故障、晶閘管工作狀態(tài)的監(jiān)測等共四十九頁2.3.1 控制方式(fngsh)的選擇 在控制器的控制規(guī)律上可以

26、分為功率因數(shù)控制和無功功率（無功電流(dinli)）控制。下面介紹分別介紹功率因數(shù)控制和無功功率（無功電流(dinli)）控制兩種控制方式的特點。功率因數(shù)控制 功率因數(shù)控制就是以功率因數(shù)滿足要求為控制目標。用無功補償裝置進行補償，使供電電網(wǎng)的功率因數(shù)滿足要求。共四十九頁 參照圖，假設補償前的參數(shù)是有功電流為ip1 ，無功電流iq1 ,總電流i1，功率因數(shù)cosj10.9。假定將cosj0.9。又設控制門限iq20。當控制器檢測到當前的無功電流小于零時，即得到超前的功率因數(shù)時，發(fā)出指令，加大電抗器的電抗值。當檢測到當前的功率因數(shù)值介于0.9到1之間時，則保持不變。 無功(w n)功率（無功(w

27、n)電流）控制 針對功率因數(shù)控制的問題，出現(xiàn)了以系統(tǒng)中的無功功率（無功電流）為被控制對象，即無功功率（無功電流）控制方式。 控制器對電網(wǎng)的電壓、電流進行采樣檢測，計算出當前的無功功率（無功電流）值。根據(jù)無功功率的值確定電抗器的調(diào)節(jié)方式。本方法補償?shù)慕Y(jié)果是使電網(wǎng)中的無功功率（無功電流）始終保持在一個較低的水平上。圖示如下共四十九頁 控制系統(tǒng)的基本組成部分 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，無論是由磁閥式可控電抗器組成的調(diào)壓或無功補償系統(tǒng)，其都應能檢測系統(tǒng)的有關變量，并根據(jù)檢測量的大小以及給定（參考）輸入量的大小，產(chǎn)生(chnshng)相應的晶閘管觸發(fā)脈沖，以調(diào)節(jié)補償系統(tǒng)的無功功率，因此，其控制系統(tǒng)一般應包括以下三

28、部分：（1）檢測部分：檢測控制所需的系統(tǒng)變量和補償變量。（2）控制部分：為獲得所需的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性對檢測信號和給定輸入進行處理。（3）觸發(fā)部分：根據(jù)控制電路輸出的控制信號，產(chǎn)生相應觸發(fā)延遲角的晶閘管觸發(fā)脈沖，并驅(qū)動晶閘管的觸發(fā)。 (4) 保護部分：根據(jù)檢測信號等對MCR系統(tǒng)故障進行相應保護共四十九頁控制系統(tǒng)(kn zh x tn)框圖共四十九頁 首先進行復位、自檢、初始化等工作。然后檢查鍵盤是否發(fā)出命令，有則運行相應程序，確定MCR的工作模式。首次運行時，須進行自測，在某一恒定電壓下，收集采樣所得數(shù)據(jù)，測出(三組) 觸發(fā)角a 從0o變化到180o時的無功容量值 (電抗值)的變化，取整平均后保存

29、為列表，供以后運行時使用(shyng)。 正常運行時，通過采集電壓電流，計算出功率因數(shù)角、瞬時有功功率、瞬時無功功率等，根據(jù)補償要求（可以是恒壓補償，也可以是恒功率因數(shù)補償），算出補償容量，查表（或者根據(jù)MCR控制特性），找出相應的晶閘管控制觸發(fā)角a ，以實現(xiàn)連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)。 通過對MCR補償裝置本身的電流采集，一是可以監(jiān)控電抗器的調(diào)節(jié)效果，二是作為本裝置的保護使用，對電抗器的保護還有瓦斯保護、溫度保護等。共四十九頁2.4 基于(jy)ADSP21992和ADmC7026的MCR共四十九頁 ADSP21992基本結(jié)構(gòu) ADSP-2199x系列(xli)的DSP的結(jié)構(gòu)包括： ADSP-219x內(nèi)

30、核（3個計算單元，2個數(shù)據(jù)地址發(fā)生器，1個程序控制順序控制器）1個A/D、1個編碼器接口、1個PWM模塊、1個CAN模塊、1個SPORT串行口、1個SPI同步串行口、1個DMA控制器、3個可編程定時器、通用可編程I/O引腳、17個中斷（3個內(nèi)部中斷、2個外部中斷和12個用戶自定義中斷）、片內(nèi)48K程序存取器和數(shù)據(jù)存取器。2.4.1 ADSP21992信號采集電路主要實現(xiàn)三相電壓、三相電流信號的檢測、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換等功能；信號處理控制部分是整個控制器的硬件核心。主要完成對采集信號的加工處理， 最終得出相應的觸發(fā)控制角。 以及計算無功有功(yu n)功率，電壓電流有效值；顯示模塊，顯示設定信息；

31、晶閘管觸發(fā)模塊主要完成得到晶閘管所需脈沖信號。 ADSP21992需完成的工作共四十九頁此外，還應具有(jyu)如下功能:(1) 利用捕獲單元實現(xiàn)實時跟蹤電網(wǎng)頻率;(2) 利用DSP內(nèi)部自帶的14位AD轉(zhuǎn)換器(VIN0-VIN7) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;(3) 數(shù)據(jù)運算和處理;(4) 利用DSP的FIO模塊脈沖(michng)電壓器控制MCR的容量；(5) 串行通訊與ARM實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 過零檢測電路和A/D采集電路共四十九頁 A相相電壓經(jīng)過低通濾波后， 通過一個過零比較器， 將正弦交流信號轉(zhuǎn)換成方波信號，方波的頻率跟隨電網(wǎng)的頻率， 從而達到與電網(wǎng)同步。DSP的捕獲單元檢測(jin c)此方波信號，

32、計算出電網(wǎng)的頻率，從而達到動態(tài)跟蹤電力網(wǎng)的頻率變化、定時刷新采樣模塊中的采樣間隔值的目的。之所以將正弦交流信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枙r便于DSP采樣。 根據(jù)過零檢測信號得到過零點，可以作為晶閘管觸發(fā)角的基準值，進行調(diào)整晶閘管觸發(fā)角。 過零檢測(jin c) 信號的采集：主電路的電流和電壓通過電流(第二級電流互感器變比為5:0.1)和電流互感器PT(變比為220:8)，將電流變換成有效值不超過100mA的交流信號，電壓變換成有效值不超過8V的交流信號。 電壓信號首先經(jīng)過RC低通濾波，濾掉高次諧波，然后進過相位補償電路最后送入ADSP的VIN0口，同時同一線路的電流信號也經(jīng)過濾波和相位補償電路送入ADSP的

33、VIN4口，這樣就實現(xiàn)了同一時刻采集一條線路上的電流電壓信號，進行數(shù)據(jù)處理。 信號采集共四十九頁 晶閘管導通檢測(jin c)電路晶閘管兩極電壓經(jīng)過電壓互感器PT隔離(gl)，經(jīng)橋式整流、濾波輸入到三極管基極，當晶閘管不導通時，基極 為高電平，三極管導通，PF0輸出高電平，反之，PF0輸出低電平。共四十九頁 晶閘管驅(qū)動(q dn)電路 當PF0為高電平的時候三極管8550導通，15V穩(wěn)壓源通過電阻R2給脈沖變壓器的初級供電(n din)，當PF0為低電平時三極管截止，脈沖變壓器初級電壓為0。通過控制三極管可以提供脈沖變壓器一個脈沖電壓。共四十九頁系統(tǒng)電壓、電流信號的采集可以通過過零檢測電路產(chǎn)生

34、的脈沖信號來作為DSP的外部中斷信號，在中斷子程序中啟動A/D進行采樣。系統(tǒng)工作根據(jù)計算所得的觸發(fā)角，由控制器發(fā)出觸發(fā)脈沖信號啟動MCR的晶閘管導通角， 然后要檢測其狀態(tài)， 判斷(pndun)其是否符合要求; 根據(jù)情況顯示相應的信息。 ADSP21992 軟件設計流程圖共四十九頁 ADmC7026基本(jbn)結(jié)構(gòu)16通道12位ADC，最高采樣速率為1MSPS。4通道12位DAC；支持外部晶振，41.78MHz的PLL，并支持可編程分頻(fn pn)；62KB片內(nèi)Flash存儲器，8KB的SRAM存儲器；40個GPIO；2個UART接口；4個定時器；1個SPI接口；2個I2C接口；3相16位PWM發(fā)生器；工作溫度范圍：40至+125。2.4.2 ADuC7026共四十九頁 ADmC7026主要(zhyo)實現(xiàn)的功能：1 利用ADuC7026內(nèi)置12通道ADC實現(xiàn)(shxin)數(shù)據(jù)采集；2 與ADSP21992實現(xiàn)串行通訊；3 液晶顯示電網(wǎng)的頻率，無功功率，有功功率，功率因數(shù)；4 鍵盤 LCD12864液晶控制HS12864-15與ADmC7026接口電路共四十九頁 兩機接口(