2019年整理可控电抗器智能测控装置

1、可控电抗器智能测控装置 一、可控电抗器 电抗器是什么？ 1. 电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定 所以所有能载流的电导体都有一般意义上的空间范围产生磁场， 感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此 有时为了实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器； 称铁心让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入铁心， 电抗器。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器（电感 器）和容抗器（电容器）统称为电抗器，然而由于过去先有了电 所以现在人们所说的电容器就是容抗感器，并且被称为电抗器， 器，而电抗器专指电感器。限流和滤波作用，串联电抗器用于限 制电流； 2.电抗器

2、的作用： 并联电抗器经常用于无功补偿。在 电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所 3. 无功补偿： 装 设无功功率电源， 以改变电力系统中无功功率的流动， 从而提高 电力系统的电压水平， 减小网络损耗和改善电力系统的动态性能， 这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指存在一相角差时， 电流流I与电流的是交流电路中，电压U过容性电抗（XC）或感性 电抗（XL）时所形成的功率分量 无功补偿作用： 在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用， 降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善 供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不 可缺少的非常重要的位置。 合理的选择补偿装置，

3、 可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用 不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。无 功补偿可以收到下列的效益：提高用户的功率因数，从而提高供电设备的利用率；减少电力网络的有功损耗；合理地控制 电力系统的无功功率流动， 从而提高电力系统的电压水平， 改善 电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力； 在动态的无功补偿 装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提 高输电线的输送能力和稳定性；装设静止无功补偿器（SVS）还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题。对 电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加 电能损失和

4、局部过热。4.根据电抗器的调节方式电抗器的分类?传统上来讲 ,可控电抗器的分类一般按调节方式来划分 , 其分 类图如图 1 所示。主要分为传统机械式可控电抗器、 磁控电抗器 (MCR )、晶闸管控制电抗器(T cR )、PW M控制电抗器和超导可 控电抗器。(1) 传统机械可调电抗器调匝式和 调气隙式可控 电抗器 是最早出现 并且应用 最广泛的可控电抗器 , 其基本原理是通过调节绕组 线圈匝数或 调节铁心气隙的长度而改变 电抗器磁路磁导 , 从而改变 电抗器 的电抗值。调匝式可控 电抗器较 易实现 ,但是电抗值不能做到 无极可调。调气隙式可控 电抗器 由于机械惯性和 电机的控制 且传动机构也容

5、易发生故障。 , 而在工程上无法实现 , 精度问题(2) 晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器 (TCR ), 是随着电力电子技术发展起 来的一种新型可控电抗器。 它采用线性电抗器与反并联晶闸管串 联 的接线方式 , 通过控制晶闸管的触发角就可 以控制电抗器的 等效电抗值。TCR 控制灵活 ,响应速度快 , 缺点是在调节时会产生大量 的谐波,需要加装专门的滤波装置。 在高压大容量场合 , 必须采用 多个 晶闸管串联的方式 ,造价高昂。由于 TC R 的造价和无法避 免的谐波问题 , 使其在高压和超高压电网中的应用受到了限制 , 目前主要应用范围为 3 5kv 及 10k v 的配 电网的静止无功补

6、( 3) 磁控电抗器磁控电抗器是通过改变铁心的磁阻来实现 电感值可调。 磁阻 大,电感小 ;磁阻小 ,电感大。改变电抗器磁阻的方法一般有两种 , 一种是外加直流助磁来改变磁路的饱和程度 , 另一种是在控制绕 组外加交流电流调节电抗器铁心中的磁通来实现电抗值可调的 目的。A、 直流可控电抗器 直流可控电抗器属于磁控电抗器的一种。 它包括直流助磁式可控 电抗器、高漏抗变压器式可控电抗器、磁阀式可控 电抗器及正 交磁心式可控电抗器。(CSR)电抗器 、直流助磁式可控 (l) 直流助磁式可控 电抗器是通过改变 电抗器副边控制绕组的直 流 电流来改变磁路的饱和程度。 当直流电流加大时 , 磁路饱和程 度

7、加深 , 交流有效磁导率降低 ,有效电抗值减小 ; 反之, 当直流电 流减小时 , 有效电抗值增大。由于直流控制绕组和交流工作绕组 含有较大谐波分量 , 并且噪声问题比较严重 , 因此此类可控电抗 器有一定的适用范围。(2) 高漏抗变压器式可控电抗器汀( TCT) 高漏抗变压器式可控电抗器是在晶闸管控制电抗器 (TCR) 基础上发展起来的一种可控 电抗器。其一、二次绕组间 的短路阻抗很大 (达 10 %), 二次绕组用晶闸管短路。通过调节二 次侧 晶闸管的导通角来调节二次绕组中的短路电流 , 可以实现 电抗值的连续平滑可调。此可控电抗器相对于晶闸管控制 电抗 器( TCR ) 的优点是将可控硅

8、元件转移到变压器低压侧 ,降低了 设备的成本 ,但仍存在谐波问题 , 需要增加滤波装置。(3) 磁阀式可控电抗器 国内对于磁阀式可控电抗的研究较多 , 取得了丰富的研究成果。 磁阀式可控电抗器的铁心分裂为两半 , 每个铁心柱上对称的绕有 两个匝数为 N/2 的绕组 , 铁心柱上下两个绕组各有匝比为占=从/N的抽头，它们之间接有晶闸管 KP1,、KP2,不同铁心的上下 两个绕组交叉连接后并联到电网。KP1,和 KP2:在一个工频周波内轮流导通，构成全波整流。改变KP1;和K P2的导通角，便可 以 实现电抗值的 , 从而改变铁心的饱和程度 , 电流的大小 改变被控 连续可调。国内武汉大学对此类型

9、的可控电抗器研究深入 , 并有 实际的产品运行于 电气化铁路的牵引变电站 , 用于负序控制和 无功补偿。(4) 正交磁心式可控电抗器 正交磁心式可控电抗器是直流可控电抗器中起步较晚的一种采 用特殊的正交铁心结构的可控电抗器 , 副边绕组磁场和原本绕组 磁场在空间上正交。 正交磁心式结构使直流控制绕组中不会感应 交流侧的感应电势 , 同时还可以通过改变直流控制绕组中的电流 来改变铁心中的磁通 , 进而达到控制电坑的目的。通过在铁心中 开一定大小的气隙可以降低可控电抗器的谐波成分。 因而正交磁 心式可控电抗器具有控制简单 , 谐波含量少的优点。B、 交流可控电抗器 交流可控电抗器属于磁控电抗器的一

10、种。它包括基于磁通 控制式可控电抗器、 变压器式可控电抗器、 调容式可控 电抗器。 由于直流磁控电抗器存在谐波的缺点 , 近年来对交流磁控电抗器 的研究有所深入。(l) 基于磁通控制式可控电抗器 基于磁通控制式可控电抗器是一种新的可控电抗。 它通过在带气 隙的变压器的二次侧采用有源的方式注入一个与一次侧电流成 比例的电流 , 改变二次侧注入电流的大小即可实现变压器一次侧 等效阻抗的连续可调。与现有的可控电抗器相比 , 此可控电抗器 可以实现电抗值的无极 ,从原理上来讲不产生谐波 , 铁心不饱和 可调。这种电抗器目前处于理论研究阶段。(2) 变压器式可控电抗器交流变压器式可控电抗器 是在高漏抗变

11、压器式可控电抗器基础 上提出的一种拓补形式。 通过分极控制各控制绕组反并联晶闸管 的导通和关断以达到分极平滑调节整个电抗器等效阻抗的目的。 由于晶闸管工作时处于全导通或全关断 , 所以不会对系统产生谐(3) 调容式可控电抗器调容式可控电抗器在电抗器工作时，当有较大的感性 电流时,利用晶闸管分组投入电容器,利用电容电流限制部分电 感电流,通过改变接入其中的电容器组数，达到调节补偿电流的 目的。由于在工作工程中，晶闸管处于全导通或者全关断状态 所 以不会产生谐波。但 由于是分极控制，调节过程不是连续的 另外，由于通过使用电容来抵消电感电流，从而使系统容量增大 成本增加。.(4) PWM控制电抗器P

12、WM 控制电抗器是新近几年发展起来的一种基于脉宽调制(PWM)技术的可控电抗器。使用两个双向开关和一个电抗器构 成整个可控电抗器。两个双向开关互补开关操作，达到调整电 抗值的 目的。PWM空制电抗器是基于高频斩波的 PWM空制，因 此具有响应速度快、谐波含量低、电抗量可平滑调节的优点。但 由于 电力电子器件的耐压条件约束，使PWM控制 电抗器的应 用领域里受到了相当大的限制。超导可控电抗器）（5 它是利用超导体的超导态/正常态 的转变特性。线路正常时，超导体处于超导态，具有零电阻和完全 排磁通效应（迈斯纳效应）,装置阻抗很低:在发生短路故障时，它 转为正常态，具有一定以限制短路使装置阻抗迅速增

13、大，失去完 全排磁通效应，的电阻电流。超导可控电抗器集检测、转换和限流于一体，响应速度快, 且具有 自恢复功能，与其它装置相比具有无可 比拟 的优越性， 是一种理想的限流装置，具有广阔的应用前景5.这几种电电抗器的优缺点？传统机械式可控电抗器结构简单，容易控制，没有谐波产生 但 由于控制精度不高，响应速度较慢，因而应用前景不理想。晶闸管控制可控 电抗器控制灵活，但由于器件成本和谐 波的原因，一般应用于中低压配电网。直流磁控式可控电抗器结构复杂，控制简单，可以连续平 滑调节；借助磁通控制，易在高压场合使用，但是谐波问题无法避 免。如果采用合适的结构采或绕组接线方式 , 将谐波水平限制 在一定范围

14、之 内, 则在高压 电网中的应用前景广泛。交流磁控电抗器消除了谐波问题 , 亦可在高压电网中应用 , 但是大部分属于分极控制 ,不能连续平滑调节 , 在使用场合上有 一定的限制。PWM 控制电抗器和超导可控电抗器是性能良好 , 控制复杂 , 有需要近一步深入研究 , 在工程化应用方面尚有时日。 根据课题需要我选择晶闸管可控电抗器二、智能测控装置“测量”和“控制”是人类认识世界和改造世界的两项工作任 而测控仪器和系统则是人类实现这两项任务的工具和手段。 , 务 按照仪器或系统担任的任务不同 , 测控仪器或系统可分为三大类 : 单纯以测试或检验为目的的“测试 (检测) 仪器或系统” ;单纯以 控制

15、为目的的“控制系统”以及测量控制为一体的“测控系统 ” 随着微电子技术的不断发展 ,微处理器芯片的集成度越来越高 , 已经可以在一块芯片上同时集成 CUP、存储器、定时器/计数器、 并行和串行接口、 甚至 AD/ 转换器等。 人们把这种超大规模集成 电路芯片称作“单片微控制器” (SINGLECHIPMICROCONTROLLER) 。单片微控制器的出现 , 引起了仪器仪表结构的根本性变革 ,以单片微控制器为主体取代 传统仪器仪表的常规电子线路 ,可以很容易地将计算机技术与测 量控制技术结合在一起 ,组成新一代的“智能化测量控制系统”1、智能测控系统的组成智能测控系统实际上是一个专用的微型计算

16、机系统，由硬件和软 件两大部份组成。包括单片微控制器、输入输出通道(包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道 )、人机接口界面(键 盘、显示器、打印机等)、片外存储器以及数据通信接口以及计 算机。智能测控系统的软件部分主要包括监控程序和接口管理。分部两序程2、智能测控系统的特点智能测控系统中由于引入了微型计算机，中央处理单元具有四则运算和逻辑运算，控制,通讯等功能，所以与传统的电子仪 器相比较，智能测控系统具有以下几个主要特点:(1) 实现测试自动化。由于系统有信息存储、判断与处理功能，所以能控制开关通断、量程自动切换、系统自动校准、故障使整个测试系统自动完成。，自动诊断、结果自动输出等

17、.(2) 提高测试精度。测控系统引入了微型计算机以后，可以进行数 字滤波,采用软件对温度、气压等环境因素引起的误差进行补偿， 对传感器、电子器件的非线性进行校正 ，通过自动校准来消除系 统误差,从而可以将系统的测量精度大大提高。 实现多通道测量。智能测控系统可以配备多个通道，具有同时 测量多种参数或多个同类参数的功能。对于多路信号 , 系统能进 行高速扫描采样 , 宏观上看 , 测量过程基本上是同时进行的。（4） 系统功能强。以微控制器为核心的智能测控系统具有很强的 功能,它通过软件可以满足各种需求 , 如选择功能、信息处理与分 析功能、自校准功能、自诊断功能、显示与记录功能等。（5）数据通讯

18、组成复杂控制系统 : 智能测控系统可以按照串行总线（如RS232总线接口、USB总线接口）或并行总线（如:GPIB标准、IEC625标准）规约,与其他智能测控系统或计算机或常规数字仪 表方便的实现互联 , 可完成更复杂的测控任务。（6）掉电保护功能 : 智能测控系统内装有后备电池和电源自动切换电路,或采用EEPRoM存储重要数据'31 o三、可控电抗器和智能测控装置的总体设计1 、可控电抗器采用晶闸管可控电抗器（ TCR）2 、智能测控装置的设计A、微处理器的选取（DSP芯片）DSP芯片，也称数字信号处理器芯片,是一种有特殊结构的微处理 器。DSP芯片的内部采用改进型的哈佛结构，具有专

19、门的硬件乘 法器,广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令,可以快速实现 各种数字信号的处理算法，所以基于DPS的智能测控系统是智能 测控系统发展的一个重要趋势 , 与基于单片机的智能测控系统相比 , 它具有的以下优势 :(1) 提高系统测量的准确性 : 实时、高速处理数据 , 可以进行复杂 的滤波算法 , 具有快速多次重复测量的能力。(2) 提高系统控制的精确性 : 能实现复杂的控制算法。(3) 推动测控仪器的“硬件软化” : 硬件集成度高。(4) 增强系统的可靠性 : 自检周期将显著地缩短。因此,本课题选取DSP器件作为系统的核心微处理器。然后，根据DSP芯片的硬件资源(RAM ROM勺大

20、小，外部可扩 展的程序和数据空间，总线接口 ,10接口等)、DSP芯片的价格、 DSB芯片的功耗选取合适的芯片B、前向通道设计由于微控制器只能处理数字信号 , 但是测量对象有数字量 , 也有 模拟量,数字量可以直接进入微处理器 ,而模拟信号则需要转换 成数字信号才能进入微处理器 , 所以针对两种不 同的信号设计 了模拟量前向通道和数字量前向通道。 C、接口电路的设计选取RAM 芯片时需要考虑的最重要的问题是存储器的存取速度是否与DSP的读写速度相匹配以及需要容量的大小。 与IntelX86 处理器不同,DSP的数据存储空间和程序存储空间是分开的 ，在扩 展片外存储器的时，需要用到DSP特殊的存

21、储器控制信号。TMS320F24可扩展的外部程序存储器总共 19K2字:64K字程序存 储器 ;6K4 字数据存储器 ;64K 字 10 寻址空间。由于 TMS320F240 芯片内部有544字的双端口数据/程序RAM,16K勺FALHSEEPRMO,因此MTS32LF240本身资源即可构成一个最小系统。对于TMS320F240在设计中要使用的几个重要的控制信号包括:(1) DS 信号:此信号为片外数据空间选通信号 , 它总保持为高电平 , 在DSP要访问外部数据空间时，该信号变为低电平。在外扩数据存储器时，可以利用DS信号来产生片选信号。(2) PS 信号: 此信号为片外程序空间选通信号 , 它总保持为高电平 , 在DSP要访问外部程序空间时，该信号变为低电平。在外扩程序存储器时，可以利用PS信号来产生片选信号。(3) SI 信号: 此信号为 10 空间选通信号 , 它总保持为高电平 , 在DSP要访问10空间时,该信号变为低电平。(4) R/w 信号 : 读/ 写选定信号 , 它指明了与外部装置通信时信号的 传送方向。通常情况下为高电平 , 即读方式 ;在 DSP 该信号变低。 , 要求执行写操作时(5) RD 信号: 读使