CN101533053A - 静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置，属于输配电技术领域，该装置包括检测与控制部分和模拟负载部分，模拟负载部分包括阻抗固定的主负载、附加负载和继电器，附加负载包括阻性负载、容性负载、感性负载和导线，附加负载通过继电器与阻抗固定的主负载并联，电路连接是检测与控制部分的DSP芯片通过互感器组连接电网，模拟负载部分的继电器连接检测与控制部分的DSP芯片，模拟负载部分的阻抗固定的主负载连接电网。本发明的优点为能通过编程实现各种负载的模拟，负载的结构简单，控制方便。系统的A/D转换通过锁相倍频后的电压过零信号启动，能保证同步采样，提高参数计算的精度。

Description

静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置

技术领域：

本发明属于输配电技术领域，特别涉及一种用于静态无功补偿试验平台的负载模拟及检测装置。

背景技术：

静态无功功率对电力系统有很多不利影响，目前，对于输配电系统静态无功补偿的研究有很多，主要集中在对于静态无功补偿装置本体设计、静态无功补偿装置控制策略和方法方面，但静态无功补偿装置只有在应用中才能体现出其性能，而各类先进算法和理论一般都是停留在理论推导和计算机仿真阶段，少数的能够进行实地试验，都需要进行大量的准备工作，并且代价十分昂贵，因此，通用的静态无功补偿试验平台将成为进行无功补偿试验合适的选择，试验平台必须要有负载装置才能够实现其功能，由于静态无功补偿主要针对工业中的电弧炉，电焊机，电气化铁路等负载，这些负载能在短时间内对系统造成无功冲击，或者造成系统的三相不平衡，在试验平台上模拟此类负载，需要可以快速，准确的控制负荷的变化，目前市售的电子负载类装置主要用于对发电机及UPS的输出功率和带载能力的测试，检测逆变器的工作特性等，并且价格极其昂贵，真正用于模拟像电弧炉负载的装置还处于研究阶段。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于静态无功补偿试验平台的负载模拟及检测装置，通过在装置中添加模拟负载部分，以达到在试验室环境对各种负载进行模拟，结构简单，控制方便的目的。

本发明技术方案：该装置包括检测与控制部分及模拟负载部分，检测与控制部分包括互感器组、DSP模块、采样模块、过零检测模块、键盘与显示模块、通信模块和上位机；该互感器组包括电压互感器和电流互感器；采集模块是由放大器组成的跟随器电路、放大电路和偏置电路；过零检测模块包括正弦波-方波变换电路和锁相环倍频电路；DSP模块包括DSP芯片、电源电路、存储器电路和复位与时钟电路；键盘与显示模块包括键盘和液晶控制器。

电路连接：电压互感器和电流互感器连接采集模块的输入接口芯片，采样模块的电压和电流输出端连接DSP芯片的输入端，采样模块的引出电压信号端连接过零检测模块中正弦波-方波变换电路的输入端，正弦波-方波变换电路的输出端连接锁相环倍频电路的输入端和DSP芯片的输入端，锁相环倍频电路的输出端连接DSP芯片的输入端，电源电路连接DSP芯片，存储器电路输出端连接DSP芯片，复位与时钟电路输出端连接DSP芯片，键盘和液晶控制器输入端连接DSP芯片，上位机通过通信模块与DSP芯片相连。

模拟负载部分包括阻抗固定的主负载、附加负载和继电器，附加负载包括阻性负载、容性负载、感性负载和导线，附加负载通过继电器与阻抗固定的主负载并联，检测与控制部分的DSP芯片通过互感器组连接电网，模拟负载部分的继电器连接检测与控制部分的DSP芯片，模拟负载部分的阻抗固定的主负载连接电网。

模拟负载部分为三相三线制，采用星型连接方式，包括三相三线阻抗固定的主负载、三相三线附加负载和单相继电器，三相三线附加负载包括三相三线阻性负载、三相三线容性负载、三相三线感性负载和三相三线导线，其中三相三线阻性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联，三相三线容性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联，三相三线感性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联，三相三线导线分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联。

本发明的控制部分主要完成两部分的工作，控制模拟负载的投切和检测电气量进行参数计算，流程图见(附图14)。

本发明的负载模拟与效果检测方法包括以下步骤：

步骤1：开始；

步骤2：实施采集三相相电压和三相线电流；

步骤3：参数计算子流程，此处参数包括三相相电压和三相线电流瞬时值，三相相电压有效值，各相有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，总有功功率，总无功功率，总视在功率，总功率因数，三相电压不平衡度，谐波失真度；

步骤4：将数据存入存储器，此处数据包括步骤3所计算的各参数，还有一定时间段内各相电压、电流瞬时值，用以形成数据窗，在谐波分析中使用；

步骤5：将参数送LCD显示，显示参数三相电压有效值，各相有功功率，无功功率，视在功率，功率因数，总有功功率，总无功功率，总视在功率，总功率因数，三相电压不平衡度，谐波失真度；

步骤6：与上位机通信，通信数据为步骤3所计算各参数；

步骤7：扫描键盘，此处的键盘操作一般用来控制负载的投切，即模拟负载的投入，称由此触发的投切控制子程序为“负载子程序”；

步骤8：执行负载子程序；

步骤9：结束。

在参数计算子流程中，采用三相瞬时功率理论计算各相的有功功率，无功功率，视在功率，功率因数和三相总有功功率，总无功功率，总视在功率，总功率因数。

传统功率理论是建立在平均值的基础上的，只适用于正弦稳态的情况，而瞬时功率理论是建立在瞬时值的基础上的，它不仅适用于正弦稳态，而且适用于暂态的情况。本发明装置因为要模拟各种负载，所以电路不可能是正弦稳态，故本发明应用三相瞬时功率理论，可根据三相瞬时电压和电流计算出上述参数。

采样到三相相电压和三相线电流分别为u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c，经过a、b、c三相到α-β两相的变换后，得到u_α、u_β和i_α、i_β。

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中 $C_{\mathrm{\α\β}}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]$

在α-β平面上将矢量

和

分别合成为(旋转)电压矢量

和电流矢量

式中u、i分别为矢量

的模，

分别为矢量

的相角。

将电流矢量

向电压矢量

及其法线上投影，得到i_p和i_q，分别为三相电路瞬时有功电流和瞬时无功电流，(如图16所示)。

式中

u与i_p的乘积为三相电路瞬时有功功率，u与i_q的乘积为三相电路瞬时无功功率。

p＝ui_p，q＝ui_q                         (4)

把式(3)代入式(4)中得：

$\left[\begin{array}{c}p\\ q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{\α}}& u_{\mathrm{\β}}\\ u_{\mathrm{\β}}& -u_{\mathrm{\α}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=C_{\mathrm{pq}}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中 $C_{\mathrm{pq}}=\left[\begin{array}{cc}{u}_{\mathrm{\α}}& u_{\mathrm{\β}}\\ u_{\mathrm{\β}}& -u_{\mathrm{\α}}\end{array}\right]$

把式(1)代入式(5)中得：

$p=u_a{i}_a+u_b{i}_b+u_c{i}_c,q=\frac{1}{\sqrt{3}}[(u_b-u_c)i_a+(u_c-u_a)i_b+(u_a-u_b)i_c]---\left(6\right)$

三相瞬时功率电流在α、β轴上的投影为α、β相的瞬时功率电流即：

i_αp、i_βp为α、β相的瞬时有功电流，i_αq、i_βq为α、β相的瞬时无功电流。

α、β相的瞬时功率为该相的瞬时电压和瞬时电流的乘积：

$p_{\mathrm{\α}}=u_{\mathrm{\α}}{i}_{\mathrm{\αp}}=\frac{u_{\mathrm{\α}}^2}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}p,p_{\mathrm{\β}}=u_{\mathrm{\β}}{i}_{\mathrm{\βp}}=\frac{u_{\mathrm{\β}}^2}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}p,$

$q_{\mathrm{\α}}=u_{\mathrm{\α}}{i}_{\mathrm{\αq}}=\frac{u_{\mathrm{\α}}{u}_{\mathrm{\β}}}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}q,q_{\mathrm{\β}}=u_{\mathrm{\β}}{i}_{\mathrm{\βq}}=-\frac{u_{\mathrm{\α}}{u}_{\mathrm{\β}}}{u_{\mathrm{\α}}^2+u_{\mathrm{\β}}^2}q---\left(8\right)$

通过进行αβ两相向abc三相的变换可以由两相功率电流得到三相电路各相的功率电流。

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ap}}\\ i_{\mathrm{bp}}\\ i_{\mathrm{cp}}\end{array}\right]=C_{23}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\αp}}\\ i_{\mathrm{\βp}}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{aq}}\\ i_{\mathrm{bq}}\\ i_{\mathrm{cq}}\end{array}\right]=C_{23}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\αq}}\\ i_{\mathrm{\βq}}\end{array}\right]---\left(9\right)$

式中 $C_{23}=C_{\mathrm{\α\β}}^T$

将式(7)代入式(9)得：

$i_{\mathrm{ap}}=3u_a\frac{p}{A},i_{\mathrm{bp}}=3u_b\frac{p}{A},i_{\mathrm{cp}}=3u_c\frac{p}{A},$

$i_{\mathrm{aq}}=(u_b-u_c)\frac{q}{A},i_{\mathrm{bq}}=(u_c-u_a)\frac{q}{A},i_{\mathrm{cq}}=(u_a-u_b)\frac{q}{A}---\left(10\right)$

式中A＝(u_a-u_b)²+(u_b-u_c)²+(u_c-u_a)²

abc各相的瞬时功率为：

$p_a=u_a{i}_{\mathrm{ap}}=3u_a^2\frac{p}{A},p_b=u_b{i}_{\mathrm{bp}}=3u_b^2\frac{p}{A},p_c=u_c{i}_{\mathrm{cp}}=3u_c^2\frac{p}{A},$

$q_a=u_a{i}_{\mathrm{ap}}=u_a(u_b-u_c)\frac{q}{A},q_b=u_b{i}_{\mathrm{bp}}=u_b(u_c-u_a)\frac{q}{A},q_c=u_c{i}_{\mathrm{cp}}=u_c(u_a-u_b)\frac{q}{A}---\left(11\right)$

要测量系统的谐波含量和电压谐波失真度，需要对系统电压进行谐波分析，本发明采用基于傅立叶变换的谐波分析法。

任何一个周期函数只要满足Dirichlet条件，就可以展开成傅立叶级数形式。在实际的电力系统中，电压、电流的波形都是周期的不规则的畸变波形，对于周期为T的非正弦电压u(t)，一般满足Dirichlet条件，所以可分解为如下形式的傅立叶级数：

$u\left(t\right)=a_0+\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}(a_m\cos \mathrm{m\ωt}+b_m\sin \mathrm{m\ωt})---\left(12\right)$

式中ω为角频率， $\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{T};$ a₀为直流分量，a_m、b_m分别为m次谐波的余弦项系数和正弦项系数，m＝1，2，3，...。各次谐波的频率已知，利用三角函数的正交性，可由上式得到a₀、a_m、b_m的计算式：

$a_0=\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}u\left(t\right)\mathrm{dt},a_m=\frac{2}{T}{\∫}_0^{T}u\left(t\right)\cos \mathrm{m\ωtdt},b_m=\frac{2}{T}{\∫}_0^{T}u\left(t\right)\sin \mathrm{m\ωtdt}---\left(13\right)$

在实际的谐波分析中，只有通过采样得到一组离散的电压值，用离散序列{u(n)}({u(n)}＝u₀，u₁，u₂，...u_N-1)来表示u(t)，N为每个周期采样点数。设所要计算的u(t)的最高谐波次数为M，为了满足采样定理，N和M之间须有以下关系：

N≥2M+1                                       (14)

将上述连续函数的傅立叶级数计算式相应转换成离散形式的计算式，即可用软件编程实现谐波分析的近似计算。

式(13)中， $\mathrm{m\ωt}=m\frac{2\mathrm{\π}}{T}\×n\frac{T}{N},$ 即用离散点代替连续点； $\mathrm{dt}=\mathrm{\Δt}=\frac{T}{N};$ 用{u(n)}代替u(t)，将a₀规格化，归入a_m中，得到傅立叶计算式的离散形式：

$a_m=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{mn},b_m=\frac{2}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}u\left(n\right)\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{mn}---\left(15\right)$

这样即可求出各次谐波的幅值和相位：

$U_m=\sqrt{a_m^2+b_m^2},$

电压总谐波失真度：

${\mathrm{THD}}_U=\frac{\sqrt{\underset{m=2}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{U}_m^2}}{U_1}\×100\%---\left(17\right)$

第m次谐波电压含有量：

${\mathrm{HRU}}_m=\frac{U_m}{U_1}\×100\%---\left(18\right)$

三相电量的不平衡通常用三相不平衡度来表示，即三相相量的负序分量与正序分量的百分比，用符号ε表示为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{A_2}{A_1}\×100\%---\left(19\right)$

式中A₁、A₂分别为三相相量正序分量和负序分量的均方根值。

任何一组不对称的三相相量(如电压、电流等)都可以分解为三组对称的相量，即正序、负序和零序分量：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{.}{A}}_1\\ {\stackrel{.}{A}}_2\\ {\stackrel{.}{A}}_0\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ 1& {\mathrm{\α}}^2& \mathrm{\α}\\ 1& 1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{A}\\ \stackrel{.}{B}\\ \stackrel{.}{C}\end{array}\right]---\left(20\right)$

一种较简便的方法是，知道的模A、C和它们之间的夹角β，由下式便可以计算出正序、负序分量的有效值：

在本发明装置中，要计算三相基波电压的不平衡度，其中A、C相的基波电压幅值U_A1、U_C1和相角

可以由谐波分析的过程中得到，代入式(21)，可得三相基波电压不平衡度的表达式：

参数计算子流程是按以下步骤执行的：

步骤1、开始；

步骤2、接收数据并放入内存，接收数据为一定时间段内A/D转换结果；

步骤3、计算三相电压和三相电流的瞬时值，和电压有效值；

步骤4、计算三相总瞬时有功功率p、总瞬时无功功率q、总瞬时视在功率s和总瞬时功率因数cosθ；

p＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c

$q=\frac{1}{\sqrt{3}}[(u_b-u_c)i_a+(u_c-u_a)i_b+(u_a-u_b)i_c]$

$s=\sqrt{p^2+q^2}$

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{p}{s}$

步骤5、计算a、b、c各相瞬时有功功率p_a、p_b、p_c，瞬时无功功率q_a、q_b、q_c，瞬时视在功率s_a、s_b、s_c和瞬时功率因数cosθ_a、cosθ_b、cosθ_c；

A相：

$p_a=u_a{i}_{\mathrm{ap}}=3u_a^2\frac{p}{A}$

$q_a=u_a{i}_{\mathrm{aq}}=u_a(u_b-u_c)\frac{q}{A}$

$s_a=\sqrt{p_a^2+q_a^2}$

$\cos {\mathrm{\θ}}_a=\frac{p_a}{s_a}$

B相：

$p_b=u_b{i}_{\mathrm{bp}}=3u_b^2\frac{p}{A}$

$q_b=u_b{i}_{\mathrm{bq}}=u_b(u_c-u_a)\frac{q}{A}$

$s_b=\sqrt{p_b^2+q_b^2}$

$\cos {\mathrm{\θ}}_b=\frac{p_b}{s_b}$

C相：

$p_c=u_c{i}_{\mathrm{cp}}=3u_c^2\frac{p}{A}$

$q_c=u_c{i}_{\mathrm{cq}}=u_c(u_a-u_b)\frac{q}{A}$

$s_c=\sqrt{p_c^2+q_c^2}$

$\cos {\mathrm{\θ}}_c=\frac{p_c}{s_c}$

式中A＝(u_a-u_b)²+(u_b-u_c)²+(u_c-u_a)²

步骤6、计算各次谐波电压的幅值U_m和相位

，电压谐波含量HRU_m，电压谐波失真度THD_U；

$U_m=\sqrt{a_m^2+b_m^2}$

${\mathrm{HRU}}_m=\frac{U_m}{U_1}\×100\%$

${\mathrm{THD}}_U=\frac{\sqrt{\underset{m=2}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{U}_m^2}}{U_1}\×100\%$

步骤7、计算电压三相不平衡度ε；

步骤8、参数计算子程序结束。

负载子控制主要完成模拟负载的投切，并测量待检测验平台静态无功补偿SVC装置的响应时间，调节时间等动态指标。

设在负载投入前后，系统电压呈现如下变化过程，在A点投入负载，之后，由于负载的不平衡或无功负荷的冲击，系统电压开始下降，我们以三相中电压降最大(即U_N-U_t值最大)那相电压为监控对象，当电压下降至B点，连接在系统的待检测验平台静态无功补偿SVC装置检测到电压变化，在B点开始进行无功补偿，系统电压开始回升，A、B两点的时刻差t1为试验平台静态无功补偿SVC的响应时间；到C点，系统电压已达到U_N的95％～98％水平，B、C两点的时间差t2为试验平台静态无功补偿SVC的调节时间；由于某次补偿可能会失败，或者补偿效果达不到标准的C点水平，应设定一个时限，若超过了时限，系统电压仍未到达C点水平，则直接开始计算稳态误差。

负载子控制的流程见(附图15)

负载子控制是按以下步骤进行的：

步骤1、开始；

步骤2、数据存储；此处数据包括各相电压和电流的有效值，功率因数值，为了在补偿之前和之后进行对比；

步骤3、执行负荷模拟子程序，记录此时时刻t(A)；

步骤4、执行参数计算子程序；

步骤5、判断电压降最大的相是否已经确定：是跳至步骤7；否，跳至步骤6；

步骤6、确定电压降最大的相，跳至步骤7；

步骤7、判断试验平台静态无功补偿SVC是否已经投入补偿：否，跳至步骤8；是，执行步骤10；

步骤8、判断电压是否开始上升：否，跳至步骤4；是，跳至步骤9；

步骤9、置试验平台静态无功补偿SVC补偿投入标志，记录时刻t(B)，t1＝t(B)-t(A)，跳至步骤4；

步骤10、判断电压是否上升至C点：否，跳至步骤11；是，跳至步骤12；

步骤11、判断是否超过时限：否，跳至步骤4；是，跳至步骤13；

步骤12、记录此时时刻t(C)，t2＝t(C)-t(B)；

步骤13、计算稳态误差；

步骤14、数据存储入库，此处数据包括电压和电流的有效值，功率因数值，试验平台静态无功补偿SVC的响应时间，调整时间，稳态误差；

步骤15、结束。

负荷模拟子控制

负荷模拟的过程即DSP控制继电器动作的过程，在本发明中给出两个负荷模拟子控制的示例。

负荷类型1：无功冲击型负荷

步骤1、开始；

步骤2、使继电器RS3、RS7、RS11接通，其他继电器关断；

步骤3、延时t₁，将所有继电器关断；

步骤4、结束。

负荷类型2：三相不平衡负荷

步骤1、开始；

步骤2、使继电器RS1、RS3接通，其他继电器关断；

步骤3、延时t₂，将所有继电器关断；

步骤4、结束。

从键盘输入指令投切负载，通过扫描键盘的结果得到负载子程序相关信息，在本实例中，负载子程序控制对应的I/O口GPIOB8、GPIOB12、GPIOF10输出高电平，GPIOB6、GPIOB7、GPIOB9、GPIOB10、GPIOB11、GPIOB13、GPIOF8、GPIOB9、GPIOB11输出低电平，就可将附加负载L_A、L_B、L_C投入，加大了系统无功功率。

在试验平台静态无功补偿SVC投入补偿后，开始对补偿过程进行记录，主要是对几个关键点的判定，(如图17所示)，负载投入点是A点；接着确定所要监控的相，即电压降最大的那一相；通过du/dt的符号变化可确定B点；C点的确定分两种情况：一种是正常情况，试验平台静态无功补偿SVC能将降低的系统电压补偿至所要求标准，此时根据电压值判断C点的时刻；另一种补偿失败或者在规定时限内达不到所要求标准，此时认为补偿失败。

本发明的优点：该装置能通过编程实现各种负载的模拟，负载的结构简单，控制方便，系统的A/D转换通过锁相倍频后的电压过零信号启动，能保证同步采样，提高参数计算的精度。

附图说明：

图1本发明静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置总体结构图；

图2本发明模拟负载电原理图；

图3本发明继电器与DSP芯片连接电原理图；

图4本发明检测与控制部分框图；

图5本发明采样电路电原理图；

图6本发明正弦波-方波变换三相电路电原理图；

图7本发明锁相环倍频电原理图；

图8本发明DSP芯片电原理图；

图9本发明供电电源电原理图；

图10本发明存储器电原理图；

图11本发明复位与时钟电原理图；

图12本发明键盘与显示模块电原理图；

图13本发明通信模块电原理图；

图14本发明计算机控制流程图；

图15本发明负载子控制流程图；

图16本发明α-β坐标系中电压、电流矢量图；

图17本发明负载投入后电压变化曲线。

图中：1检测与控制部分，2静态无功补偿SVC，3模拟负载部分，4互感器组，5采样模块，6过零检测模块，7DSP芯片，8通讯模块，9键盘与显示模块，10上位机。

具体实施方式：

本发明静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置的详细结构及工作原理结合实施例加以说明，实施例以实验室110V静态无功补偿试验平台为例，该试验平台静态无功补偿SVC为TCR+FC型，开环和闭环控制算法，能针对静态无功功率和三相不平衡进行补偿。

本实施例中继电器选用HS3100ZK，电压互感器选用TR1140-1C，电流互感器选用TR0140-1C，锁相环倍频电路采用芯片74VHC4046MTC和CD4040BCSJ，DSP芯片采用TMS320F2812，电源电路采用芯片TPS767D318，存储模块采用芯片IS61LV12816，复位与时钟模块采用复位芯片MAX705，液晶控制器选用T6963C，通信模块采用串行接口采用RS232协议

本发明装置和试验平台静态无功补偿SVC按(附图1)连接，装置所要完成的任务依次是：为试验平台静态无功补偿SVC提供负载，检测系统各电力参数，对系统进行无功冲击，检测验平台静态无功补偿SVC补偿效果的各项指标。

该装置(如图1所示)，包括检测与控制部分和模拟负载部分，检测与控制部分(如图4所示)，包括互感器组、DSP模块、采样模块、过零检测模块、键盘与显示模块、通信模块和上位机，互感器组包括电压互感器和电流互感器，采集模块(如图5所示)，包括放大器TL084，过零检测模块包括正弦波-方波变换电路(如图6所示)和锁相环倍频电路(如图7所示)，DSP模块包括DSP芯片(如图8所示)，电源电路(如图9所示)，存储器电路(如图10所示)和复位与时钟电路(如图11所示)，键盘与显示模块(如图12所示)包括键盘和液晶控制器，电压互感器和电流互感器连接采集模块的输入接口J1芯片，采集模块的电压和电流输出端ACVA、ACVB、ACVC、ACCA、ACCB、ACCC连接DSP芯片的ADC输入引脚2、3、4、174、173、172，检测机控制部分。

电路工作过程为系统三相相电压和线电流经过电压互感器TR1140-1C和电流互感器TR0140-1C二次互感变换后，采样模块将经过电压、电流互感器变换后的信号经过由放大器TL084组成的跟随器电路、放大电路和偏置电路，调理成0～+3.3V范围的电压输入到DSP进行A/D转换，A/D转换将这些信号转换为数据量，DSP芯片根据这些数据量，经过一定的方法，计算出试验平台静态无功补偿SVC补偿效果的各项指标；采样模块的引出电压信号端ACVA_IN、ACVB_IN、ACVC_IN输出信号经由放大器TL084组成的跟随器电路、RC滤波器电路、由放大器TL084组成的放大电路、偏置电路和光耦TLP521连接过零检测模块中正弦波-方波变换电路的输入端ACVA_IN、ACVB_IN、ACVC_IN，将采集的正弦波电压信号转换为与正弦波电压信号同相的方波信号，正弦波-方波变换电路的输出端OVER_0_A、OVER_0_B、OVER_0_C连接DSP芯片的输入端OVER_0_A、OVER_0_B和OVER_0_C，正弦波-方波变换电路的输出端OVER_0_A同时连接锁相环倍频电路的输入端OVER_0_A，跳线装置JPLL1可以实现输入信号64倍频和128倍频的切换，锁相环倍频电路的输出端PLL连接DSP芯片的输入端151号引脚，用于启动DSP芯片的AD转换，电源电路连接DSP芯片，供电电压为DC+5V，输出+1.8V和+3.3V的直流电压，满足DSP内核和I/O的供电需求；存储器电路输出端41、17、6号引脚连接DSP芯片的42、84、33号引脚，数据存储器除了存储系统设置的各项参数外，还记录一定时段内的各相电压、电流、功率因数、电压基波不平衡度和电压总谐波失真度；复位与时钟电路输出端7号引脚连接DSP芯片的复位引脚，对DSP芯片进行复位；键盘的输入端连接DSP芯片的45、46、47、48、49、50号引脚，液晶控制器输入端10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21号引脚连接DSP模块中的DSP芯片92、93、94、95、40、41、34、35、155、157、87、89号引脚；通讯模块(如图13所示)，采用串行接口采用RS232协议，上位机通过通信模块MAX232的引脚11、10与DSP芯片155、157引脚相连，232插口通过232电缆与上位机串口相连，实现数据的传输，通信模块将系统的电压、电流、功率因数等参数传给上位机，可以在上位机上通过相应软件，观察相应的波形，或者把数据保存至上位机的本地硬盘；键盘输入指令和系统的相关参数。模拟负载部分包括阻抗固定的主负载、附加负载和继电器，附加负载包括阻性负载、容性负载、感性负载和导线，附加负载通过继电器与阻抗固定的主负载并联；检测与控制部分的DSP芯片通过互感器组连接电网，采集并计算电网电压和电网电流值；模拟负载部分的继电器连接检测与控制部分的DSP芯片的I/O，DSP芯片控制继电器通断，来改变负载数值；模拟负载部分的阻抗固定的主负载连接电网。

所述的模拟负载部分(如图2所示)，为三相三线制，采用星型连接方式，包括三相三线阻抗固定的主负载Z_A、Z_B、Z_C三相三线附加负载和单相继电器如图3所示，三相三线附加负载包括三相三线阻性负载R_A、R_B、R_C，三相三线容性负载C_A、C_B、C_C，三相三线感性负载L_A、L_B、L_C和三相三线导线l_A、l_B、l_C，其中三相三线阻性负载R_A、R_B、R_C分别通过单相继电器RS1、RS5、RS9与三相三线阻抗固定的主负载Z_A、Z_B、Z_C并联；三相三线容性负载C_A、C_B、C_C分别通过单相继电器RS2、RS6、RS10与三相三线阻抗固定的主负载Z_A、Z_B、Z_C并联；三相三线感性负载L_A、L_B、L_C分别通过单相继电器RS3、RS7、RS11与三相三线阻抗固定的主负载Z_A、Z_B、Z_C并联；三相三线导线l_A、l_B、l_C分别通过单相继电器RS4、RS8、RS12与三相三线阻抗固定的主负载Z_A、Z_B、Z_C并联。

Claims (2)

1、一种静态无功补偿试验平台负载模拟及检测装置，该装置包括检测与控制部分和模拟负载部分，其特征在于：模拟负载部分包括阻抗固定的主负载、附加负载和继电器，附加负载包括阻性负载、容性负载、感性负载和导线，附加负载通过继电器与阻抗固定的主负载并联，电路连接是检测与控制部分的DSP芯片通过互感器组连接电网，模拟负载部分的继电器连接检测与控制部分的DSP芯片，模拟负载部分的阻抗固定的主负载连接电网。

2、按权利要求1所述的静态无功补偿试验平台的负载模拟及检测装置，其特征在于所述的模拟负载部分为三相三线制，采用星型连接方式，包括三相三线阻抗固定的主负载、三相三线附加负载和单相继电器，三相三线附加负载包括三相三线阻性负载、三相三线容性负载、三相三线感性负载和三相三线导线，其中三相三线阻性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联；三相三线容性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联；三相三线感性负载分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联；三相三线导线分别通过单相继电器与三相三线阻抗固定的主负载并联。

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