MSVC動態無功補償裝置控制系統設計

陶 勇，謝青松，陳方亮

?

MSVC動態無功補償裝置控制系統設計

陶 勇，謝青松，陳方亮

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064)

本文介紹了MSVC動態無功補償裝置控制系統的研制方案，分析了該控制系統的軟、硬件結構及其工作原理。由于采用了CAN總線通訊、光纖傳輸技術及模塊化設計，該控制系統不但降低了成本，還提高了實時性、可靠性和互換性。

磁控電抗器(MCR) 靜止型動態無功補償裝置(SVC) 無功功率補償

0 引言

近年來，隨著工業現代化的快速發展，大功率電力電子設備、變頻調速設備、電氣化鐵路、冶金、化工設備等非線性、不對稱和沖擊負荷的大量投入給電網造成極大的有功和無功沖擊，使電網電壓不穩定，產生的無功和諧波危害電網的安全及可靠運行。所以，必須使用各類裝置來補償無功、抑制諧波并調節穩定電壓，從以前僅需補償容性無功發展到如今需要補償容性和感性無功，且要求能夠連續調節[1]。因此，基于磁控電抗器(MCR)的靜止型動態無功補償裝置（MSVC），具有可靠性高，動態調節性能好，安裝與維護簡單的優點，受到了國內外專家的高度重視并得到了廣泛的應用。而MSVC動態無功補償裝置中又以控制系統為主要核心控制設備，它通過調節晶閘管觸發角來控制磁控電抗器(MCR)鐵芯繞組電流的大小，從而改變電抗器鐵心的飽和度，控制其感抗值和注入電網的電抗電流大小，達到平滑調節電網無功功率的目的[2]。

1 功能

基于磁控電抗器(MCR)的靜止型動態無功補償裝置（MSVC）控制系統（以下簡稱MSVC控制系統）通過監控單元接收用戶的操作信息，顯示電壓、電流、功率、頻譜及THD等過程數據、故障報警信息及參數值。并通過總線或模擬量接口將用戶設置參數下傳到控制單元。控制單元檢測電網電壓、電流相位，按照算法得到晶閘管的控制角α生成觸發脈沖信號并驅動勵磁單元中的晶閘管導通，從而調節電抗器鐵心的勵磁電流，勵磁電流改變了電抗器鐵心的飽和程度并可連續地調節電抗器的感抗。

2 控制系統的組成

MSVC控制系統組成框圖如圖1所示，主要由控制箱和勵磁箱組成。控制箱由控制單元和監控單元組成，勵磁箱有三個分別為A相勵磁箱，B相勵磁箱，C相勵磁箱。

2.1控制箱

控制箱由控制單元和監控單元組成。

2.1.1控制單元

控制單元的核心芯片使用的是TI公司數字信號處理器（DSP）TMS320F2812PGFA，該芯片專門為實時信號處理而設計．集高速運算處理能力和豐富的片內外設于一身．特別適用于高性能數字控制系統．能夠滿足動態無功補償控制的實時檢測和處理的要求。使控制器具有高精度、高可靠性、功能結構模塊化和低成本等優點[3]。控制單元的作用是根據用戶的設定和檢測到的實際無功，按照一定的算法控制MCR的無功容量。控制單元采用模塊化設計，原理框圖如圖2所示，主要分為電源模塊、主控模塊、觸發模塊。

主控模塊采用Modbus協議通信與觸摸顯示屏相連接，并接收觸摸顯示屏給定的功率因數或無功功率信號，通過觸發模塊計算出的實際功率因數或無功功率，按照算法得到晶閘管的控制角α，由CAN通信總線傳給觸發模塊并生成觸發脈沖信號并驅動晶閘管導通。觸發模塊中的模擬信號調理電路把PT電壓信號調理成DSP控制器能夠處理的信號，與模擬信號調理電路調理后的CT電流信號進行數據運算，計算出的無功功率和其他參數通過CAN總線接口傳給主控模塊；同步信號電路采交流電壓信號負半周到正半周過零點，控制角α通過觸發電路接口電路進行功率放大，放大脈沖信號由光發送模塊轉換成光信號，經光纖把信號傳輸到勵磁單元；光接收模塊把接收到勵磁單元的故障信號轉換成電信號，DSP控制器對故障信號進行處理。

2.1.2監控單元

監控單元采用的是一個液晶觸摸顯示屏，中文顯示，實現友好的人機界面，主要用于用戶的參數設置，顯示電壓、電流等過程數據、故障報警信息及參數設置值。另外還有可選的總線接口，根據用戶控制室監控設備情況，可通過總線或模擬量接口將用戶設置參數下傳到控制單元，也可以將運行數據上傳給控制室的監控設備。

2.2勵磁箱

勵磁箱有三個分別為A相勵磁箱，B相勵磁箱，C相勵磁箱。每個勵磁箱由驅動模塊、晶閘管模塊及散熱模塊組成。

2.2.1驅動模塊

驅動模塊由取能電路、光接收模塊、光發送模塊、功率放大電路及故障檢測邏輯電路組成。驅動模塊用于隔離、接收來自控制單元觸發信號并放大到一定強度以驅動晶閘管導通，同時驅動模塊還可以通過一定的硬件邏輯電路判斷主回路的故障并通過光纖上傳到控制單元。驅動模塊取能電路用于為驅動板提供電源，光接收模塊用于接收來自控制單元的觸發信號并變換成電信號；

光發送模塊用于發送主回路故障信息。故障信息主要有過流和溫度高兩種。

為明確市場定位采取了問卷調查的方式。本次調查中，我們共發放問卷250份，收回235份，其中有效問卷200份，有效率88.1%。

2.2.2晶閘管模塊

晶閘管接收驅動模塊的觸發信號導通，當晶閘管的控制角α發生變化時，直流控制電流發生變化，鐵芯的飽和也發生變化，從而實現了可控電抗器電感量的調節和交流工作電流的調節，因此，只要改變α的大小就可以達到平滑調節可控電抗器容量的目標。二極管在晶閘管導通、關斷時起續流作用。為防止晶閘管及續流二極管反相恢復電流造成的電壓沖擊，在晶閘管的陰極和陽極之間并聯有RC阻容模塊。

2.2.3散熱模塊

散熱模塊主要由散熱器、風扇、溫度開關組成。當散熱器溫度超過系統設定值時,溫度開關的觸點閉合啟動風扇散熱并向驅動模塊提供溫度報警信號。

3 控制系統的軟件

MSVC控制系統軟件包括監控單元人機界面程序和控制單元控制程序。監控單元人機界面程序采用EB8000編程軟件編制，人機界面程序主要實現運行數據的現實及用戶給定值設置。控制單元控制程序又包括主控模塊程序及觸發模塊程序兩部分，控制程序采用TI公司的CCS3.3編程軟件編制，其中主控模塊程序包括外部I/O控制子程序，ModBbus通信控制子程序及CAN總線通信子程序。外部I/O控制程序主要實現用戶啟動、停機信號檢測及運行、故障指示燈的控制；ModBbus通信控制子程序用于與監控單元觸摸屏通信，傳輸電壓、電流有效值、有功電流、無功電流、有功功率、無功功率、功率因數及THD等過程數據，接收用戶的參數設置；CAN總線通信子程序用于與觸發模塊通信，傳輸用戶的參數設置及啟動、停機命令，接收來自觸發模塊的運行過程數據。觸發模塊程序包括三相電壓、電流采集子程序、電壓、電流有效值、有功電流、無功電流、有功功率、無功功率、功率因數及THD的計算子程序、無功功率PI控制子程序、CAN總線的數據交換程序及晶閘管觸發脈沖控制程序。

4 結束語

目前基于磁控電抗器(MCR)的靜止型動態無功補償裝置（MSVC）控制系統已批量生產，并廣泛應用于電力、冶金、石化、采礦等多種行業，對于節能、降耗、減排和環保等方面發揮了良好的經濟效益和社會效益。

[1] 陳振虎, 梁繼勇,黃祥偉. 基于磁控電抗器的電力系統動態無功補償裝置的設計及應用[J]. 電網技術，2005，29(7)：82-84.

[2] 陳柏超. 新型可控飽和電抗器理論及應用[M]. 武漢：武漢水利電力大學出版社，1999.

[3] 張 立，丘東元，張波. 基于DSP的高壓動態無功補償控制器設計[J]. 電力自動化設備，2010，30(3)：121-125.

Design of Control System for MSVC Dynamic Reactive Power Compensation Device

Tao Yong, Xie Qingsong, Chen Fangliang

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064 , China）

This paper introduces the research method of MSVC dynamic reactive power compensation device control system, and analyzes its software and hardware structure and work principle. Due to CAN bus communication and optical fiber transmission technology and modularized design, the system lowers the costs and improves real-time function, reliability and interchangeability.

magnetically controlled reactor(MCR); static var compensator(SVC); reactive power compensation

TN713

A

1003-4862（2015）03-0056-03

2014-12-18

陶勇（1973-），男，高級工程師。研究方向：船舶電力推進控制系統。