基于DSP的TSC型无功补偿装置研究与设计
小的限流电抗器组成，其中限流电抗器主要作用是限制晶闸管由于误操作引起 冲击电流，而这种误操作往往是由于误控制导致电容器在不适当的时机进行投 引起的。同时，限流电抗器与电容器通过参数搭配可以避免与交流系统电抗在 些特定频率上发生谐振。 (a)(b)
图2.5TSC的基本原理
(a)单相结构图(b)分组投切的TSC单相简图 Fig.2.5ThebasiePrineiPleofTSC
(a)single一hasestrUcturedi叫梦别rn(b)theTSCsingle一Phasedi铭r田rnofPacketswitehing 在工程实际中，一般将电容器分成几组，如图2.5b，每组都可以由晶闸管投 。这样，可根据电网的武功需求投切这些电容器，’TSC实际上就是断续可调的吸 容性无功功率的动态无功补偿器。
4.3晶闸管投切电容器(TSC)的动态过程分析
通过判断系统负载特性与补偿器电压一电流特性交点的方法来分析TSC的动 调节过程。
图2.6所示是以改善电压调整为目标的TSC受扰动后的动态调节过程。在系 统受到扰动前，其负载线为l，，TSC有一组电容投入运行，其伏安特性为0A，因此 系统稳定工作l，与0A的交点a。若系统受到干扰，负载线突然有l，降低至l:，则工 作点会突然降至l:与以的交点b，系统电压因此降到b点电压，这个电压下降被 TSC控制系统检测到后，由其逻辑电路决定投入第二组电容，补偿器电压一电流特 性因此变为0B，系统工作点移至0B与几的交点。，从而将电压恢复到能接受的范 围内。
2.5无功电流检测
2.5.1三相电路无功电流和谐波检测方法现状
无功电流和谐波的检测方法是整个无功补偿装置的关键之处，能否精确的检 测出需要补偿的无功分量，并具有良好的动态跟踪性能，直接决定了装置的整体 无功补偿功能。无功电流和谐波检测方法一般有: (l)模拟滤波器检测法〔’2，
最早还不能检测出无功电流，而只能检测谐波电流，其方法是采用模拟滤波 器来实现，即采用陷波器将基波电流分量滤除，得到谐波分量。或采用带通滤波 器得出基波分量，在与被检测电流相减得到谐波分量。
该方法具有简单快速的优点，但这种检测方式有很多缺陷，由于滤波器的中 心频率固定，当电网频率波动时，滤波器效果将随之变差;滤波器的中心频率对 元件的参数十分敏感，这样较难得到理想的幅频特性和相频特性。并且，该方法 不能分离出无功电流。目前，这种方法己经极少采用。 (2)基于FFT的检测法〔，3，
随着计算机和微电子技术的发展，数字信号处理器的数据处理能力和实时控 制能力比以往有了很大的提高，因此开始采用傅里叶分析的方法来检测无功电流 和谐波电流〔川。该方法是建立在傅里叶分析的基础上的，因此要求被补偿的波形 是周期变化的，否则会给检测结果带来较大的误差。这种检测方法根据处理器采 集到的一个周期的电流值进行FFT分解，得到各次谐波的幅值和相位系数，为了 减少离散数据的时间特点，可采用高效的复序列快速傅里叶变化的算法。该算法 能够将两个相同序列的数据整合到同一个FFT运算过程，只需要一次FFT的计算 即可同时求出两路输入信号的频率，提高了系统实时数据处理的能力。
FFT检测法的缺点是需要测得一个周期的电流值，而且需要进行两次变换，虽 然采用复序列快速傅里叶变换的算法，其计算量依然很大，需要浪费较多的计算 时间，从而使得检测到的无功和谐波电流有较长时间的延迟(至少延迟一个周期)， 检测出的结果实时性较差。
(3)基于瞬时无功功率理论的检测法〔‘5一‘7〕
传统理论中的有功功率，无功功率等都是在平均值基础上或向量的意义上定
义的，它们只适用于电压电流均为正弦波的情况，而瞬时无功功率理论中的概念， 都是在瞬时值的基础上定义的，它不仅适用于正弦波，也适用于非正弦波和任何 过渡过程的情况。基于瞬时无功功率理论的瞬时空间矢量法是目前无功补偿装置 和有源电力滤波器中应用最广的一种检测方法，首先于1983年由日本学者赤木泰 文提出，此后该理论经不断研究逐渐完善。现在包括p一q算法和i，一i;算法。其中 p一q算法适用于电网电压对称且无畸变情况下谐波电流的检测;i，一i。法不仅在电 网电压畸变时使用，在电网电压不对称时也同样有效。
基于瞬时无功功率理论的检测方法理论上可检测出除基频分量外的所有高频 分量，同时可检测出无功电流分量。在只检测无功电流时，可以完全无延时地得
出检测结果。检测谐波电流时，因被检测对象中谐波的构成和采用滤波器的不同， 会有不同的延时，但延时最多不超过一个电源周期。对于电网中最典型的谐波源 —三相桥整流器，其检测延时约为1/6个周期。可见该方法具有良好的实时性。 后面将对这两种方法做详细的介绍。 (4)基于神经网络的自适应检测法
随着各种新的算法的出现，近年来还出现了基于神经网络的自适应谐波电流
检测法，将电压作为参考输入，负载电流作为原始输入，从负载电流中消去与电压 波形相同的有功分量，得到需要补偿的谐波与无功分量。该自适应检测法的特点 是在电压波形畸变情况下也具有较好的自适应能力，缺点是动态响应速度较慢。 2.5.2基于瞬时无功功率的无功电流检测
三相电路瞬时无功功率理论，首先在谐波和无功电流的实时检测方面得到了 成功的应用。目前有源电力滤波器中，基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流 检测方法应用最多。这种方法，在只检测无功电流时，可以完全无延时地得 出检测结果。检测谐波电流时，因被检测对象电流中谐波的构成和采用滤波器的 不同，会有不同的延时，但延时最多不超过一个周期。可见，该方法具有很好的 实时性。
以瞬时无功功率理论为基础，计算p、q或i，、几为出发点即可得出电路谐波 和无功电流检测的两种方法，分别称之为p一q检测法和i，一几检测法。
lp一q检测法
该检测方法的框图如2.1所示，图中C篇为C，的逆，CZ。=以。
该方法根据定义算出p、q，经过低通滤波器(LPF)得p、q的直流分量户和
电网电压波形无畸变时，户为基波有功电流与电压作用所产生，母为基波无功电 与电压作用所产生。有户、母就可以计算出被检测电流ia、耘、ic的基波分 份、标、份。将基波分量与被检测电流相减，即可得到被检测电流的谐波分
临、编、ic^。当有源电力滤波器同时用于补偿谐波和无功时，就需要同时检测出 偿对象中的谐波和无功电流。在此情况下，只需断开图2.7中的q通道。这时 由户即可计算出被检测电流ia、几、l’c的基波有功分量嘛、嘛、icrt: (2.﹁1..11por.lles--l内C飞︸，‘C一一﹁leeseeswe胜-J.愉.愉Icrt.厂lesleseseses‘J 将iaPf、愉、i、与io、耘、ic相减，即可得出被检测电流的谐波分量和无功 量之后益、俪、与。 21，一i;检测法 i， 一几检测法的原理图如2.8所示。