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数字信号处理技术在电力网无功补偿中的应用

来源:    作者:     发布时间:2015-04-07 09:54:48     点击数:

  式(2)表明:两相频率相同的信号,其互相关函数与两信号间的相位差成余弦关系。根据上面的分析,实用中采用32点电压和电流信号的循环互相关运算,其算法为:
  
  序列y每与序列x进行一步互相关运算后,将列首的数移到列尾,再进行第下一步互相关运算,直到k到N-1为止。为加快运算速度,根据互相关函数的性质,具体步骤如下:
  ① 将电压数组序列取定,电流数组序列移位并与电压序列进行互相关运算,每计算一步,都与上一步的运算值进行比较,如果运算值变化趋势是从小到大,再从大到小,根据最大点处电流序列移位的步数,就可算出电压与电流间的相位差。此种情况电流是落后的(感性负载)。设两序列在第k步互相关运算取得最大值,则电压与电流的相位差为:
  
  ② 若k超过8(N/4)互相关运算仍未取得最大值,则应沿相反方向找互相关运算最大值(因为相位差不可能达到π/2)。这时电流数组序列取定,电压数组序列移位并与电流序列进行互相关运算,这种情况下的运算结果是超前的(容性负载)。
  ③ 若经过①、②两步都找不到互相关运算最大值,则需要在相位差的零点进行分段抛物插值,确定两信号之间的相位差,处理原理及方法见④。
  ④ 相位差的分辨率问题:由式(3)计算出的相位差,其分辨率为或0.19635(弧度)=11.25(度),这个分辨率是极低的,远不满足设计精度要求。通过增加周期信号的采样点数可提高角度的分辨率,但受A/D采样速度的限制。可行的方法是采用分段插值的方法。由于互相关函数与两信号间的相位差成余弦关系,在极大值附近与抛物线很接近,所以,采用分段抛物插值的方法,能够取得最佳效果。具体做法是:
  取三点xk-1,xk,xk+1,且互相关运算在点xk取得最大值,按下列公式进行插电感器的工作原理值:
  
φk+1对式(4)求导并令φ′=0,解出相位差的插值点偏移量:
  
  对96个采样点进行数字滤波后,用式(6)对互相关结果进行插值,计算所得两个信号相位差的精度在大电流电感0.1°左右,满足设计的精度要求。
  根据式(6)可以判定电网各相的容性或感性,确定补偿电容的绕行电感投、切方向;结合电压、电流有效值的计算公式,就可确定补偿电容的投、切量。
  系统总谐波电压畸变率定义为:
  
  式(7)中的Um为各次谐波电压分量的均方根值,U1为基波电压的均方根值。同理可求得工字电感总谐波电流畸变率。国标规定,低压电网(<1kV)总谐波电压畸变率(THD)小于5%。
  控制器在完成无功功率检测计算后,按时间抽取基-2 FFT算法“分次”对各相电压、电流进行变换,求出基波及各次谐波分量值,进而计算出总谐波电压、电流畸变率,根据上限确定是否报警或投、切补偿电容。
  所谓&大功率电感贴片电感器ldquo;分次”是指控制器每做一次三相无功功率的计算循环,只对一相电压或电流进行DFT变换,即6个工作循环才完成一次完整的谐波谱分析,目的是提高系统对无功功率判断的速度,更快地对功率因数进行补偿。   基于80C196KC MCU的无功功率检测控制器利用数字信号处理的理论,在技术上实现了数字滤波、相位差的计算和谐波谱分析等。本检测控制器通过试运行,效果良好,在功能上和精度上实现了设计要求。对电网波动不太剧烈的场合,控制效果令人满意。为了更快地跟踪并补偿电网的无功成分,可考虑用DSP芯片,以提高处理的速度。为了得到各信号间的相关特征,可选用高速、高精度、多通道同步采样A/D转换器,以进一步提高补偿效果。 1

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