基于DSP的低压终端无功补偿装置的研究

复合开关是电容器组的投切开关，本设计采用晶闸管与继电器相结合的方式来执行电容器组的投切，如图3-2所示，晶闸管与继电器并联，L1的作用是抑制电容投切时对晶闸管产生的冲击影响。当需要补偿无功时，应当将电容器并入电网，此时控制器发出该控制信号，并给晶闸管和继电器同时发送一个闭合驱动信号，由于晶闸管的响应速度比继电器快，故上半回路先导通，电容器立即投入电网补偿无功，延迟一段时间后，继电器闭合，此时，上、下回路都导通，只需要给晶闸管发送一个关断信号切断上回路即可;当需要将电容器从电网去除时，控制器发出该控制信号后，此时，只有继电器下回路导通运行，只对晶闸管发送接通脉冲信号，上下回路同时导通，然后对继电器发送关断信号，延迟一段时间后下回路断开，此时只有上回路导通，最后对晶闸管发送关断信号，两回路都关断，电容器组切除。

3.2 复合开关驱动电路设计

由于控制电路输出的PWM控制信号驱动能力有限，不足以直接驱动复合开关的开通或者关断，因此在主电路和控制电路之间还需要加入驱动电路。驱动电路作为整个硬件电路的重要一环，其良好的性能可以加快复合开关开断的速度，减少开关过程中产生的损耗，提高整个装置的工作效率，保障设备安全可靠运行。

本设计所选用的复合开关属于电压驱动型器件，既需要为其提供开通控制信号，也要提供关断控制信号，以保证它能按照要求可靠地开通或关断，所以我们选择6N173光耦合器来驱动复合开关的开通或关断，电路如图3-3所示。

DSP控制器将调理后的电流、电压等信号进行运算处理，得到三相投切控制信号并进行各相同步，然后发出控制脉冲控制驱动电路来驱动继电器与晶闸管进行开断，从而达到投切电容器组的目的。5V电压驱动晶闸管输入，15V电压驱动继电器输入。

4.无功补偿装置的建模仿真

根据无功补偿装置的硬件设计，我们对其设计电路进行仿真验证，模拟硬件电路的运行结果，根据仿真结果来分析硬件电路是否满足要求，若不满足则对硬件电路进行修改，重新设计并更改参数然后再进行软件仿真，如此反复直至达到设计目标。

本课题的主要目的是设计一种无功补偿装置能够补偿电网中的无功功率，使得电源的电功率尽可能全部地提供有功功率，这就要求网络中没有无功电流的流动，功率因数趋近于1.图4-10为补偿前后无功、有功功率的变化波形图，上方波形为有功功率补偿前后的变化波形，单位为(Kw)，下方波形无功功率补偿前后的变化波形，单位为(Kvar)。为了观察对比补偿效果，我们在0.1秒后投入补偿装置，可以发现在0.1秒前，有功、无功功率波动频繁，投入补偿装置后，有功功率逐渐趋于稳定，无功功率也逐渐趋近于0值，说明该补偿装置补偿效果明显，能够达到理想的补偿效果，但是观察到网络中的无功功率明显提高，而有功功率提升效果不明显，说明该装置能够补偿网络中的无功，但不能有效的提高有功功率，提升电压的利用率，所以该装置还有待改进。

5.结论

本文设计的无功补偿装置是基于TSC型的低压终端无功补偿器，利用DSP控制器来完成整个系统的数据处理与计算、控制信号发出、与外界通讯等功能，根据检测的三相电路中的电压、电流等信号进行数据运算与处理，计算出网络中需要补偿的无功功率，再由控制器发出控制信号来执行电容器组的投切，调节网络无功。

该补偿器能快速跟踪电网负荷的突变，根据电网无功的需求适当补偿电容器，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功补偿，同时，投切过程不产生谐波，对原电网的干扰小，成本低，自身能耗小。但是，由于TSC型补偿装置是分级式补偿，可能产生补偿死角，不能连续调节无功功率，在电网不稳定时还可能出现投切震荡，所以，TSC装置一般与TCR补偿装置组合，这样即可以实现连续的无功调节，同时大大减小了谐波，因此，该设计还需要一定的改进和完善。