滤筒厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
滤筒厂家
热门搜索:
行业资讯
当前位置:首页 > 行业资讯

数字信号处理技术在电力网无功补偿中的应用橱柜刮墨刀储能水罐家具扶手节能灯Frc

发布时间:2023-12-18 14:18:07 阅读: 来源:滤筒厂家

数字信号处理技术在电力无功补偿中的应用

摘 要:从数字信号处理的理论出发,介绍实现的数字滤波、功率因数的计算和谐波谱分析等电力无功补偿控制器的基本功能,及基于80C196KCMCU的济南试验机厂环刚度试验机电力无功补偿控制器。

关键词:数字信号处理;数字滤波;无功补偿;谱分析;功率因数

ApplicationofDSPTechniqueinReactiveCompensationof橱柜水槽PowerNetwork

LIUHuancheng(Mailbox26,WuyiUniversity,Jiangmen529020,China)Abstract:Theessentialfunctionofreactivecompensationcontrollerrealizedby

digitalsignalprocessingandthiscompensationcontrollerofpowernetworkbasedon80c196KCMCUwereintroducedinthispaper.

Keywords:DSC(digitalsignalprocessing);digitalfiltering;reactivepowercompensation;spectralanalysis;powerfactor

1系统设计

图1是并联电容器静止补偿器(SVC)系统原理简图。其中检测控制器部分是系统的核心模块。该模块由80C196KCMCU、电压和电流的信号调理电路、输出报警、控制输出电路及为80C196KC工作而扩展的程序及数据存贮器等部分构成。80C196KC为16位单片机,运行速度高,数据处理快,并有很强的中断功能。另外80C196KC上自带8路10位A/D转换器,其分辨率及精度足以满足工业控制的精度要求。

三相电压、电流信号通过电压、电流互感器模块送到检测控制器,通过信号调理电路进入80C196KC的A/D转换通道,A/D转换通道中的6个通道用于三相电压、电流的检测,一个通道用于检测零线的状态,监测电的三相平衡情况。

80C196KC通过对量化的电压、电流信号的处理,得到电力各相的峰值、有效值、功率及功率因数后,决策是否进行电容的投、切或报警,并通过电容投、切执行器实现电容的投、切。电容投、切执行器模块负责在电压过零点对补偿电容进行投、切,以降低投、切电容对电的影响并保证系统电容器组的安全。

2系统功能的实现

实现系统功能的工作流程如图2所示。80C196KC经初始化后,开始对7个A/D通道进行周期采样。实现原理如下:利用80C196KC的HSO触发T2(定时器2)复位事件,由该事件产生一个软定时器中断,在该中断服务程序中逐个通道启动A/D转换,并将A/D采样结果存入数组内(HSO触发定时中断的流程图略)。当完成一组可供80C196KCMCU处理的数据后,置采样数据完成标志,接着进行下一轮数据采样。

采样数据要能够实现80C196KC对被监测信号的时域和频域分析的需要。其中包括电压峰值的检测、各相电压、电流雨量站有效值的计算、各相电压电流之间相位差的计算,从而计算出各相交流电的无功功率、并对各相电压、电流的谐波谱分析等。设计要求能对15次以下的谐波含有量进行分析,根据奈奎斯特采样定理,采样频率必须大于两倍信号谱的最高频率( s>2 h),15次谐波的频率的2倍为1.5kHz;考虑到利用基-2的FFT算法,每个交流信号周期采样32点,则:

满足采样定理要求。其次是采样数问题,为了提高谱线的分辨率,进行DFT的数组长度愈长愈好,但这是以消耗长时间为代价的。考虑时间因素,DFT的数组长度定在256(8个基波周期)。工作于20MHz的80C196KC进行一次DFT所需时间约为1.3s,可实现高精度信号谱分析。最后,A/D采样的间隔必须足够准确,这就要求HSO触发定时中断周期不受其他中断的影响。采用如下技术实现:程序中对每个高于HSO的中断源在中断服务程序中都设有进入中断标志位。在启动一个采样周期时,将这些中断标志位清零;在采样周期中,若MCU发现中断标志位不为零,则舍弃已采数据,立即重新开始新一轮采样周期。同时,在7个采样通道轮流采样期间,将所有可屏蔽中断关闭(A/D采样可用查询方式,若采用中断方式则不能关闭A/D中断),以保证采样间隔的一致性。理论和实践证明,对信号整周期的采样,可以最大程度的减小变换运算由于窗口效应带来的计算误差。

峰值和有效值可以用采样数组中任意抽取的32点(1周期数据)计算。有效值的计算式为:

接下来求各相电压和电流的相位差。这里用对基波求解相位差的方法,以消除谐波对计算的影响。由于采样信号中含有谐波成分,首先要对采样数组进行数字滤波,然后再对各相电压和电流进行循环互相关计算,得到两者之间的相位差。采用6阶IIR切比雪夫数字滤波器,截止频率设为60Hz,滤波器用Labview设计。由于IIR数字滤波器是基于无限长序列的数字滤波器,要达到理想的滤波效果,序列必须有足够长度。通过仿真,序列长度为96(点)时,提取后32点作为滤波结果,再进行互相关计算,所求电压、电流间的相位差精度可以达到设计要求。利用互相关法计算两个正弦信号相位差的原理为:

设两个信号都是正弦函数,且频率相同;相位差为

式中n1和n2为信号噪声。由于信号和噪声,噪声和噪声之间是相互独立的,式(1)的计算结果为:

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,根据最大该机经过计算机控制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 /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,确定两信号之家用秤间的相位差,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,按下列公式进行插值:

k+1对式(4)求导并令 =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0.1 左右,满足设计的精度要求。

根据式(6)可以判定电各相的容性或感性,确定补偿电容的投、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。同理可求得总谐波电流畸变率。国标规定,低压电(<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-2FFT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 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。

3总结

基于80C196KCMCU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,效力矩果良好,在功能上和精度上实现了设计要求。对电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因此该仪器的很多国际规范/D转换器,以进一步提高补偿效果。

参考文献

[1]俞忠原,陈一民.工业过程控制计算机系统[M].北京:北京理工大学出版社,1995.

[2]张友德.飞利浦80C51系列单片机原理与应用技术手册[M].北京:北京航空航天大学出版社,1992.

小孩感冒发烧吃什么药
儿童支气管炎久咳不愈怎么办
小孩为什么会得鼻窦炎
小孩感冒发烧吃什么药