基于DSP的全数字式TCR动态无功补偿装置控制器的研制及其物理试验.pdfVIP

基于DSP的全数字式TCR动态无功补偿装置 控制器的研制及物理试验 武守匠、张高峰、赵刚、周大洲、董明会 中国电力科学研究院，100085 山东电力研究院．250021 摘要：本文介绍了国内第一套基于DPS技术的全数字式TCR控制器的设计改低压物理模 拟试验．在介绍设计背景，设计要求度控制器硬件、软件结构的基础上，通过低压物理 模拟试验结果展示控制器的功能、速度及控制效果．谊控制嚣将用于莱芜50T电孤炉的 动态补偿TCR装置． 1．引言 stortControlled 可控硅控制的电抗器(Thrri Reactor，TCR)构成的动态无功补偿装 置，通常用于稳定电压以及{、偿快速变化的负荷。在输配电系统中，TCR可以用于无功及 电压调节；在工业用电领域，TCR主要用于补偿非线性负荷、波动或冲击性负荷、不平衡 负荷．例如电气机车、电弧努，等。 TCR 3攻 4攻 5扶 6攻 图l 莱芜特钢厂TCR改造工程主系统接线图 本文介绍国内第一套基于DP$技术的全数字式TCR控制器。该控制器将用于莱芜特钢 厂50T电弧炉补偿装置。莱芜特钢厂50吨电弧炉系由原德国柏林钢厂整套购买的二手设 备，其中原配套的滤波和TCR动态补偿部分由西门子公司设计制造。该电弧炉在国内调试 和运行中发现．滤波器和动态补偿存在如下设计和功能方面的问题：①滤波次数配置少， 滤波容量不足；②TCR控制器平衡化功能差。电弧炉运行期间，大量谐波电流和负序电流 注入电力系统，直接影响附近发电厂继电保护装置的正常运行，电弧炉无法实现高功率高 效炼钢．受用户委托，电科院对原滤波部分进行改造，并更换TCR控制器。 莱芜钢厂50吨电弧炉电气系统改造后主接线系统如图l所示．滤波及TCR补偿均安 装于31．5kV母线。TCR主设备为原西门子设备，容量50Mvar。图1中，方框内为原有 电气设备，其余部分为改造后的新增设备。本文重点介绍TCR控制器的开发和研制试验， 对改造工程中的其它部分不做详细说明。 2．TCR控制器的设计要求 根据rcR补偿的作用以及电弧炉负荷的性质，分析对补偿用TCR控制器的设计要求： 1．功能：TCR装置的基本功能是无功补偿、抑制母线电压波动和三相不平衡。TCR控 制器必须具备无功功率分析、母线电压波动(偏差)计算、兰相不平衡分析功能，并完成响 应控制。 2．计算能力和速度：控制器必须具备很强的运算处理能力，以适应对于输入信息进 行分析计算和补偿控制的要求。对于电弧炉负荷，电流变化大而且波动速度快。波动频谱 从几赫兹到十几赫兹。为了跟踪如此快速变化负荷，过去任何数字芯片都不能满足实时速 度要求．所以以往TCR动态补偿采用庞大的模拟计算系统来完成实时分析和控制任务。现 在．随着高速信号数据处理技术(DSP)的发展[3]，已经完全可以利用数字技术实施TCR补 偿控制。本文的控制器采用32拉浮点运算DSP芯片作为核心处理单元，满足了对控制器 运算能力和速度的要求。 3．抗干扰：TCR补偿装置的现场有大电流强非线性负荷(电弧炉)，而且TCR自身由 于相控产生高频电流分量．这些对控制器会产生根强的电磁干扰。所以，控制器必须具有 很高的抗干扰能力。 3．控制器的硬、软件结构 控制器可分成四个子系统：数据采集子系统、数据分析运算子系统、触发子系统、保 护子系统． 1．数据采集子系统 数据采集子系统是控制器的前端输入端口．它由16个同步数据采集模拟通道组成， 内部以4片X4路模数转换器，对系统电压、进线电流以及电弧炉电流、滤波器电流、TCR 电抗器电流进千亍同期数据采样并教字化。数据采集子系统输出的数字化信息，发送到职端 口R心芯片，供CPU使用． 一434— 2．数据分析处理子系统 数据分析处理是控制器的核心，它对采集数据信息的处理，进行快速计算．根据控制 策略计算分相控制的补偿调整量，获得各相相控晶闸管的触发角，并传送给触发子系统。 我们选用32位浮点DSP芯片作为核心处理芯片，保证了处理容量和运算速度。 3．触发子系统