摘要本文主要介绍低压无功补偿装置的基本原理、控制方案以及硬件方面的选型和设计。
该补偿系统采用TI公司的定点TMS320LF2812系列DSP和MCU的双控制器进行控制，TMS320LF2812为补偿装置的总控制器，具有自动采样计算、无功自动调节、故障保护、数据存储等功能。
同时具备指令运算速度快（约100MIP）、运算量大的优点，同时MCU与外部设备进行通讯，互不干扰，更好的满足了实时性和精确性的要求。
采用晶闸管控制投切电容器、数字液晶实时显示系统补偿情况，可以实现快速、无弧、无冲击的电容器投切。
为了更详细的介绍该系统，在论文第四章设计了比较完整的各功能模块的硬件电路图，其中包括电源模块、信号变换及调理模块、AD采样模块、锁相同步采样模块、通讯模块等。
关键字：低压无功补偿；晶闸管投切电容器；DSPAbstractThis paper mainly introduces the basic principle of low-voltage reactive power compensation device, control scheme and hardware selection and design.The compensation system by TI company's fixed-point tms320lf2812 series DSP and MCU dual controller control, tms320lf2812 compensation device controller with automatic sample calculation, automatic reactive power regulation, fault protection, data storage and other functions. At the same time with the instruction operation speed (about 100MIP), the advantages of large amount of computation. At the same time, MCU and peripheral equipmentcommunication and do not interfere with each other, better meet the requirements of real-time and accurate. The use of thyristor controlled switched capacitor, digital LCD display real-time compensation system situation can achieve fast, no arc , without the impact of the capacitor switching. In order to more detailed introduction to the system. In the fourth chapter of the thesis design the hardware circuit diagram of each function module of relatively complete, including power module, signal transformation and conditioning module, AD sampling module, phase locking synchronous sampling module, communication module block and so on.Key Words:Low voltage reactive power compensation;Thyristor switched capacitor; DSP目录目录 (3)第一张绪论 (1)1.1 选题的背景与意义 (1)1.2 低压无功补偿装置的发展状况 (2)1.2.1国外情况 (3)1.2.2国内情况 (3)1.3 本课题研究的主要内容 (4)第二章TSC无功补偿的基本原理 (7)2.1 无功补偿的基本原理 (7)2.2 低压电网无功补偿的方式 (9)2.3 晶闸管投切电容器的原理 (11)2.3.1晶闸管投切电容器的基本原理 (11)2.3.2补偿回路的构成及原理 (13)2.3.3晶闸管触发原则 (16)2.3.4电容器的分组方式 (18)第三章无功补偿控制系统的总体设计 (20)3.1 系统的基本原理 (20)3.2 主电路连接方式 (20)3.3 无功补偿算法的选择 (22)3.3.1积分法 (22)3.3.2移相法 (23)3.3.3公式法 (24)3.4 电容器补偿容量计算 (25)第四章系统的硬件设计 (29)4.1 系统硬件总框图 (29)4.2 系统各功能模块 (30)4.2.1电源模块 (30)4.2.2电流、电压信号调整电路 (32)4.2.3 AD采样模块 (33)4.2.4锁相同步采样电路 (35)4.2.5 FPGA模块 (35)4.2.6通信模块 (36)4.2.7人机对话模块 (38)4.2.8逻辑电平转换电路 (39)4.2.9可控硅驱动模块 (39)4.2.10 补偿电容器过载电流调理模块 (40)4.2.11其他辅助模块 (42)4.3 系统硬件设计电路图 (43)参考文献 (46)第一张绪论1.1 选题的背景与意义的美加大停电持续了长达72小时，给美国造成了十分重大的经济损失与社会反响，这次事故人们深深意识到电网运行要有足够的无功容量，无功不能靠远距离传输，在电力市场大的环境下，必须要制定统一的规定来激励独立发电商和运营商从整个系统运行安全的情况下提供充足的无功备用。
在我国也发生过多次电压崩溃的故障，如1993年和1996年南方电网的几次事故，这些事故都警示人们要采取各种措施来维持电网稳定。
早期常用并联电容器和同步补偿器作为无功补偿装置，经常应用于系统的高压侧进行补偿。
由于并联电容器应用范围广泛，至今仍作为一种重要的补偿方式。
同步补偿器的核心是同步电机，当励磁电流发生改变时，电动机可随之平滑的改变输出无功电流的大小和方向，对电力系统的稳定运行起到举足轻重的作用。
但是同步补偿器成本较高，安装复杂，维护困难，使其在推广和使用环节中受到制约。
国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增长。
同时电网中的无功问题也引起人们的广泛关注。
随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、交通及家庭中的应用日益广泛，而大多数电力电子装置的功率因数很低，它们所消耗的无功功率在电力系统所输送电量中占有很大的比例，无功功率增加会导致电流的增大，设备及线路的损耗增加，导致大量有功电能损耗，同时使功率因数偏低、系统电压下降。
低压动态无功补偿技术的设计是一个系统工程，它涉及控制信号的选取和采样、控制规律的研究、控制器的软件设计和硬件实现等许多方面，建立在对低压动态无功补偿装置和系统深入了解的基础上。
课题以动态无功补偿装置为研究对象，对无功检测原理和控制方法进行研究，确定其控制策略，设计主电路和控制系统电路，完成动态无功补偿的硬件系统设计。
1.2 低压无功补偿装置的发展状况为了改善电力系统中无功功率有害性问题，人们在很早就掌握了各种无功补偿技术并应用在电力系统当中，通常采用同步发电机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等很多方法来控制无功功率。
由于它们在技术上及经济上的优点，这些装置在我国及其他发展中国家仍然被广泛的使用。
无功功率主要是由系统中电容和电感产生，人们最初使用的补偿方法以无源形式为主。
该方法的核心是在系统的母线中以串联或并联的方式安装一定容量的电容器或电抗器。
同步补偿器属于有源补偿器，是并联补偿装置的一种同步机，同步调相机的优点是：当系统电压降低时，可以改善电网功率因数，从而维持电网电压平衡。
从功能上讲，同步调相机相当于一个被拖动到某一转速并与电力系统同步运行的同步机。
当电机同步运行后，根据人们的需要控制其磁场，使之产生无功功率或者从系统中吸收无功功率。
同步调相机还具有调相的功能，但是其动态响应速度较慢，发出一定量无功功率的有功损耗较大,系统维护复杂且不能适应各类非线性负载的快速变化。
由晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)以及二者的组合装置(TCR+TSC)等形式组成的静止无功补偿器(SVC)，实际上可看成一个可调节的并联电纳，它的性能比并联电容器要好很多。
静止无功补偿器最重要的性质是它具有维持端电压稳定的功能，所以它要连续不断地调节与电力系统变换功率，它第二个性质是响应速度灵敏。
传统静止无功补偿器对电力系统状况的调节和暂态性能的改善起到了重要的作用，而且其控制技术也较为成熟，因此在实际电力系统中得到了充分的应用。
可是它们的共同点都是利用可控硅晶闸管进行换相控制，在无功变动时容易发生逆变现象，并且都需要大电感或大电容来产生感性无功和容性无功，因而人们更希望有新的补偿方式改善以上缺陷。
1.2.1国外情况静止无功补偿装置也称SVC静止无功补偿系统，是相对于调相机来说的一种利用电容器和电抗器进行无功补偿的装置。
第一批静止无功补装装置于1967年在英国制成，成功后受到世界各国的强烈关注，苏联、美国、瑞士、瑞典、西德、比利时等国纷纷研制成功并且大力推广使用，使得静止补偿装置比调相机具有更大的影响力，广泛应用于电力、铁道、科研、冶金、化工等部门。
成为补偿无功、电压调整、提高功率因数、限制系统过电压，有效改善运行条件的设备。
国际上知名的电气公司均发展了不同类型的静止无功补偿技术。
根据无功的性质和方式静补装置又可分为六种不同的组合，固定容性、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性+可变感性、可变容性+可变感性，通常我们所指的静补无功补偿装置是指固定容性+可变感性、可变容性+可变感。
对于可变感性又可分为直流励磁饱和电抗器、相控阀调节电抗器和自饱和电抗器。
自高压可控硅元件问世以后逐渐取代了有触点开关，为实现感性或容性无功的连续可控调节提供了简单、可靠、灵活的技术支持。
目前国际上几个主要的产品形式是FC+TCR(固定容性+可变感性)，八十年代初TSC+TCR技术逐渐发展起来，并首先被应用在电力系统的无功补偿之中。
在国外，系统的无功补偿主要依靠静止补偿装置和电容器，并积累了丰富的经验，同时取得了理想的效果。
1.2.2国内情况武汉钢铁公司在70年代初从比利时进口了直流励磁饱和电抗器和日本的电容器组成了静止补偿装置后，国内才对可变无功补偿的问题加以关注。