MSVC动态无功补偿装置控制系统设计

陶 勇，谢青松，陈方亮



MSVC动态无功补偿装置控制系统设计

陶 勇，谢青松，陈方亮

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

本文介绍了MSVC动态无功补偿装置控制系统的研制方案，分析了该控制系统的软、硬件结构及其工作原理。由于采用了CAN总线通讯、光纤传输技术及模块化设计，该控制系统不但降低了成本，还提高了实时性、可靠性和互换性。

磁控电抗器(MCR) 静止型动态无功补偿装置(SVC) 无功功率补偿

0 引言

近年来，随着工业现代化的快速发展，大功率电力电子设备、变频调速设备、电气化铁路、冶金、化工设备等非线性、不对称和冲击负荷的大量投入给电网造成极大的有功和无功冲击，使电网电压不稳定，产生的无功和谐波危害电网的安全及可靠运行。所以，必须使用各类装置来补偿无功、抑制谐波并调节稳定电压，从以前仅需补偿容性无功发展到如今需要补偿容性和感性无功，且要求能够连续调节[1]。因此，基于磁控电抗器(MCR)的静止型动态无功补偿装置（MSVC），具有可靠性高，动态调节性能好，安装与维护简单的优点，受到了国内外专家的高度重视并得到了广泛的应用。而MSVC动态无功补偿装置中又以控制系统为主要核心控制设备，它通过调节晶闸管触发角来控制磁控电抗器(MCR)铁芯绕组电流的大小，从而改变电抗器铁心的饱和度，控制其感抗值和注入电网的电抗电流大小，达到平滑调节电网无功功率的目的[2]。

1 功能

基于磁控电抗器(MCR)的静止型动态无功补偿装置（MSVC）控制系统（以下简称MSVC控制系统）通过监控单元接收用户的操作信息，显示电压、电流、功率、频谱及THD等过程数据、故障报警信息及参数值。并通过总线或模拟量接口将用户设置参数下传到控制单元。控制单元检测电网电压、电流相位，按照算法得到晶闸管的控制角α生成触发脉冲信号并驱动励磁单元中的晶闸管导通，从而调节电抗器铁心的励磁电流，励磁电流改变了电抗器铁心的饱和程度并可连续地调节电抗器的感抗。

2 控制系统的组成

MSVC控制系统组成框图如图1所示，主要由控制箱和励磁箱组成。控制箱由控制单元和监控单元组成，励磁箱有三个分别为A相励磁箱，B相励磁箱，C相励磁箱。

2.1控制箱

控制箱由控制单元和监控单元组成。

2.1.1控制单元

控制单元的核心芯片使用的是TI公司数字信号处理器（DSP）TMS320F2812PGFA，该芯片专门为实时信号处理而设计．集高速运算处理能力和丰富的片内外设于一身．特别适用于高性能数字控制系统．能够满足动态无功补偿控制的实时检测和处理的要求。使控制器具有高精度、高可靠性、功能结构模块化和低成本等优点[3]。控制单元的作用是根据用户的设定和检测到的实际无功，按照一定的算法控制MCR的无功容量。控制单元采用模块化设计，原理框图如图2所示，主要分为电源模块、主控模块、触发模块。

主控模块采用Modbus协议通信与触摸显示屏相连接，并接收触摸显示屏给定的功率因数或无功功率信号，通过触发模块计算出的实际功率因数或无功功率，按照算法得到晶闸管的控制角α，由CAN通信总线传给触发模块并生成触发脉冲信号并驱动晶闸管导通。触发模块中的模拟信号调理电路把PT电压信号调理成DSP控制器能够处理的信号，与模拟信号调理电路调理后的CT电流信号进行数据运算，计算出的无功功率和其他参数通过CAN总线接口传给主控模块；同步信号电路采交流电压信号负半周到正半周过零点，控制角α通过触发电路接口电路进行功率放大，放大脉冲信号由光发送模块转换成光信号，经光纤把信号传输到励磁单元；光接收模块把接收到励磁单元的故障信号转换成电信号，DSP控制器对故障信号进行处理。

2.1.2监控单元

监控单元采用的是一个液晶触摸显示屏，中文显示，实现友好的人机界面，主要用于用户的参数设置，显示电压、电流等过程数据、故障报警信息及参数设置值。另外还有可选的总线接口，根据用户控制室监控设备情况，可通过总线或模拟量接口将用户设置参数下传到控制单元，也可以将运行数据上传给控制室的监控设备。

2.2励磁箱

励磁箱有三个分别为A相励磁箱，B相励磁箱，C相励磁箱。每个励磁箱由驱动模块、晶闸管模块及散热模块组成。

2.2.1驱动模块

驱动模块由取能电路、光接收模块、光发送模块、功率放大电路及故障检测逻辑电路组成。驱动模块用于隔离、接收来自控制单元触发信号并放大到一定强度以驱动晶闸管导通，同时驱动模块还可以通过一定的硬件逻辑电路判断主回路的故障并通过光纤上传到控制单元。驱动模块取能电路用于为驱动板提供电源，光接收模块用于接收来自控制单元的触发信号并变换成电信号；

光发送模块用于发送主回路故障信息。故障信息主要有过流和温度高两种。

为明确市场定位采取了问卷调查的方式。本次调查中，我们共发放问卷250份，收回235份，其中有效问卷200份，有效率88.1%。

2.2.2晶闸管模块

晶闸管接收驱动模块的触发信号导通，当晶闸管的控制角α发生变化时，直流控制电流发生变化，铁芯的饱和也发生变化，从而实现了可控电抗器电感量的调节和交流工作电流的调节，因此，只要改变α的大小就可以达到平滑调节可控电抗器容量的目标。二极管在晶闸管导通、关断时起续流作用。为防止晶闸管及续流二极管反相恢复电流造成的电压冲击，在晶闸管的阴极和阳极之间并联有RC阻容模块。

2.2.3散热模块

散热模块主要由散热器、风扇、温度开关组成。当散热器温度超过系统设定值时,温度开关的触点闭合启动风扇散热并向驱动模块提供温度报警信号。

3 控制系统的软件

MSVC控制系统软件包括监控单元人机界面程序和控制单元控制程序。监控单元人机界面程序采用EB8000编程软件编制，人机界面程序主要实现运行数据的现实及用户给定值设置。控制单元控制程序又包括主控模块程序及触发模块程序两部分，控制程序采用TI公司的CCS3.3编程软件编制，其中主控模块程序包括外部I/O控制子程序，ModBbus通信控制子程序及CAN总线通信子程序。外部I/O控制程序主要实现用户启动、停机信号检测及运行、故障指示灯的控制；ModBbus通信控制子程序用于与监控单元触摸屏通信，传输电压、电流有效值、有功电流、无功电流、有功功率、无功功率、功率因数及THD等过程数据，接收用户的参数设置；CAN总线通信子程序用于与触发模块通信，传输用户的参数设置及启动、停机命令，接收来自触发模块的运行过程数据。触发模块程序包括三相电压、电流采集子程序、电压、电流有效值、有功电流、无功电流、有功功率、无功功率、功率因数及THD的计算子程序、无功功率PI控制子程序、CAN总线的数据交换程序及晶闸管触发脉冲控制程序。

4 结束语

目前基于磁控电抗器(MCR)的静止型动态无功补偿装置（MSVC）控制系统已批量生产，并广泛应用于电力、冶金、石化、采矿等多种行业，对于节能、降耗、减排和环保等方面发挥了良好的经济效益和社会效益。

[1] 陈振虎, 梁继勇,黄祥伟. 基于磁控电抗器的电力系统动态无功补偿装置的设计及应用[J]. 电网技术，2005，29(7)：82-84.

[2] 陈柏超. 新型可控饱和电抗器理论及应用[M]. 武汉：武汉水利电力大学出版社，1999.

[3] 张 立，丘东元，张波. 基于DSP的高压动态无功补偿控制器设计[J]. 电力自动化设备，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，高级工程师。研究方向：船舶电力推进控制系统。