（机械设计及理论专业论文）基于现场总线的无功功率补偿系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 铃黠基裁耀内低趱设备囊瞧受载功率因数俊低裁瑟痰钤现场总线技本 的应用现状，蒸于提高交流电机的功率因数、降低无功功率损耗和改替电能 质量，本文综食运用瑰场总线技术、计算规技零秘电力电子技零对交浚怠极 无功功率补偿的有关方面进行了研究，其研究成果具有一定的理论意义和实 用价值。 本文基于融建立的系统总体结构，分析了无功功率补偿的关键技术、补 偿执行单元的接线方式秘补偿电容器缎的分组方式：依据无功功率於髅原 理，构建了补偿电容器组投切控制装置的结构，并确定了补偿甑容器缎的投 切控制方式；为了获取有效的掇制参数，确定了利用篓楣电路瞬时无功功率 理论对无功电流进行实时检测的方法；班l o n w o r k s 技术为基础，设计了智 能节点的软、硬件结构，特别怒对刖d 采样以及利用网络变量进行数据通信 等方磷做了详缩研究：最后，利用l o n w o r k s 歼发工菇对l o n w o r k s 网络节 点进彳亍了配置，并通过l n sd d e 服务器，研究了上位机对l o n w o r k s 网络 豹盆控黻及对系统网络数据麓检测方法。 关键词：l o n w o r k s ，冤功功率，功率因数，补偿 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a i m i n g a tt h ef a c tt h a tp o w e rf a c t o ro f l o w - v o l t a g ep o w e r e q n i p m e m i sv e r y l o wi nc h i n aa n d a p p l i c a t i o nc o n d i t i o n o f f i e l d b u st e c h n o l o g yi nt h ew o r l d ，b a s e d o ne n l a a n c m gp o w e rf a c t o ro fa c m o t o r ，l o w e r i n g l o s s e so ft h er e a c t i v ep o w e r ， i m p r o v i n gp o w e rq u a l i t y ，t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u e t or e s e a r c ht h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nb ya p p l y i n gt h et e c h n o l o g yo f f i e l d b u s ，c o m p u t e r a n d p o w e r e l e c t r o n i c s i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h ek e yt e c h n o l o g yo f t h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ， t h ef a s h i o no f t h y r i s t o rc o n n e c t e dc a p a c i t o r , t h ew a yg r o u p e do fc a p a c i t o r sa r e a n a l y z e db a s e do nt h ec o n s t r u c t e dg e n e r a ls t r u c r l r e o nt h ef o u n d a t i o no f t h e r e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o nt h e o r y ，t h e s t r u c t u r eo ft t l y r i s t o rs w i t c h e d c a p a c i t o re q u i p m e n ti sb u i l ta n dt h ef a s h i o no ft h y d s t o rs w i t c h e dc a p a c i t o ri s e s t a b l i s h e d i no r d e rt og e te f f e c t i v ec o n t r o lp a r a m e t e r ，t h er e a lt i m ed e t e c t i n g m e t h o df o rt h er e a c t i v ec u r r e n ti ss p e c i f i e db yu s i n gt h ei n s t a n t a n e o u sr e a c t i v e p o w e rt h e o r yo ft h r e e - p h a s ec i r c u i t o nt h e b a s i so fl o n w o r k st e c h n o l o g y ， h a r d w a r ea n ds o f t w a r es t r u c t u r eo f i n t e l l i g e n tn o d ei sd e s i g n e d ，a ds a m p l i n g a n dd a t at r a 伍cb y a p p l y i n gn e t w o r k v a r i a b l e sa r er e s e a r c h e di nd e t a i l f i n a l l y ， t h en e t w o r kn o d ei sc o n f i g u r e db ye m p l o y i n gt h el o n w o r k se x p l o i t i n gt o o l s ， m o n i t o r - c o n t r o lo fh o s tc o m p u t e rf o rl o n w o r k sn e t w o r ka n dd e t e c t i n gm e t h o d f o rn e t w o r kd a t aa r es t u d i e dd e p e n d e n t0 1 1t h el n sd d es e r v e r k e y w o r d s ：l o n w o r k s ，r e a c t i v ep o w e r ，p o w e rf a c t o r ，c o m p e n s a t i o n 王薹 武汉理工炙学硕女擎位论文 1 1 弓l 言 第一章绻论 魄力系统楚一个葜整嚣攀线往丈系统。黼蓍社会莉避拶，经济懿茨禳， 社岱附电力需求带断的增加，使现代电力装统发展迅速，蒸统日趋复杂。太 极缀、萋受黄翻越离压运距襄瓣瞧等，对怠力暴统安全性、经济缝及懿辘震 萋熬黉袭逮寒惹巍。嚣在我嚣，赉予毫瓣黎曦糗等嚣亳覆器麓辜嚣蒙蛰邃羧 低，涎功功率得不剿补偿，致使能源浪费较大，设备损耗严重，给电力部门 和用户造成巨大缀济损失。利用涎功功率舅勘补偿装置，对电网和电机粥餍 龟浚藩送行无珐璐攀 褛是簿惑线蘸攫鬟、繁缝惠戆、瓷分茇箨屡毫设餐捷 瘸效率豹最经济积最普速戆骞法之一“。 传统的无功珊率补偿设备w 满足一定粼溺内的无功坳率补偿要求，佩存 在瞧寝速度慢、维护匿难等缺点。静止无臻章 髅器( s t a t i cv 篮c o m p e n s a t o r ， 篱称s v c ) 透每采获簿了禳大发菇，宅不蔽广泛应爱手簸魄系统羚黎及彀踅 离输电的分段补偿，也大量用予负载无功补锵，其典型成用形式是固蹴电容 器十晶闸管控制呶抗器。早期生产的低压电则无功幸b 偿控制器多选用分离蕊 邀予嚣搏，鼯攀式起装曩为蘩鼷c m o s 祭液趣疆；运荦寒蒺齐蓑熬瑟产瑟 是戳徽处理器为禳心静电瑟登辫能仡产菇，币仅可竣获褥优良的调节饿髓和 补偿精度，并使控制器不断趟予完善。 钤鼹无功功攀$ 偻，隧餐人王餐塞技零缝不酝发麓，滁了在箍裂嚣转方 嚣肖了诲多竣避，程茬裁舅法上逛彀霉穰大鹣滋多鳓。袋蹲褛餐饕疑瓣绦、 自i 麓庶控制等智能裂控制方法，研制能同时附电压、无功功率、三相不平衡、 谐波撼进行综合调帮和补偿控制的设备成为穴家的共识。曙煎，在城市黼毫 爨燹嚣器惫垂爨，凌予囊声塞感戆洼受蓑鹭苓麓灌麓，镬褥蕊凄辜嚣蘩浚筵， 导贰公用变珏器低压侧线路攒耗大，供电电撩指标不能满足用户需求。在我 国，电动机类负载所耗电能的比馐占整个工弛用电的6 5 志右，运行散礅一 般低予避蚕平均拳警懿1 0 一2 0 ，霞姥一璇蕊终窀裁潞嘉蕊每年4 8 0 - - 6 0 0 芯襄a 器家蠢撼动垒翌寓繁筑蕊栽蠢经游效益鍪金馥转交，耨涮订了 武汉理工大学硕士学位论文 g b 厂r 1 2 4 7 9 三相异步电动机经济运行，其中特别规定要对电机的无功功率 补偿和配电的优化技术进行推广。 目前，无功功率补偿存在的主要问题是控制规律简单、抗干扰能力差， 不能很好地解决无触点开关投切电容的问题，因而在三相不平衡条件下不能 有效地进行无功补偿；同时，由于户外工作环境相对恶劣，装置的可靠性和 控制精度难以满足现场运行的要求：此外，设备之间不具各通讯功能，不能 对电能质量进行在线监视以满足现代电力系统建设的需要。在电动机无功功 率补偿中，人们对并联电容器的分组方式得到了共识。过去采用按等容量分 组的电容器，目前采用按1 ：2 ：4 或l ：2 ：4 ：8 不等容量分组的控制器， 调整补偿设备的容量分组分别为7 级和1 5 级【2 8 】。 现场总线是一种串行的数字通信链路，它能够实现生产领域中现场设备 之间以及与更高层次控制设备间的通信；通过现场总线可以对现场信号进行 采集、传送和实现对现场设备的监控。随着工业中生产手段的复杂化和对功 能要求的不断提高，对于配电系统数据的采集、通信以及控制等方面的要求 也越来越高。而现场总线技术为智能化配电技术提供了可靠的技术支持：许 多公司都开发了基于现场总线的配电系统。利用现场总线技术实现对现场设 备的遥测、遥控和遥讯，可以提高配电的技术含量，充分发挥现场设备的功 能。 1 2 无功功率补偿原理 电感在交流电源作用下，当电流增大时，电感从电源吸收能量，并把它 转化成磁场能，储存在线圈周围的磁场中，此时电感起着负载的作用；当电 流减小时，电感向电源反送能量，即电感把电磁场能转换为电能送回电源， 起着电源的作用。因此，电感并没有消耗能量，即吸收和释放的功率相等， 这种功率称为感性无功功率。对于电容，在交流电源电压作用下周期性地吸 收和释放能量，并且吸收和释放的功率相等，这种功率称为容性无功功率。 由于无功功率存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源、电感和电容之 间，因而，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，进而降低电网的 武汉理工欠学硕囊学位论文 电聪质量，增加电网的线损率。 在藏一电路中通过著联毫褰帮电惑，当奄感蔽浚能萋时，正好惫容器释 放能麓，而电感释放能量时，电容器却在吸收能量 2 3 , z 6 j 。熊量在它们之间交 换，即感性负荷( 电动机、受聪器) 所吸收的无功功率，可由电容器所输出 的燹凌功率中褥剿毒 接。强藏，恕盎电容器缀缝或戆装鬟熬隽无凌珐率李 接 装鬣。 无功功率补偿的原理可由圈l - 1 来解释。设感性负荷从电源吸收的无功 功率为q ，安装炙功功率补偿装置后，补偿无功功率为酝，馊电源输出的无 功鞠率减少秀q 。9 一绞，功率鑫数密c o s 罐离凳e o s 妒，筏在臻率s 减少 到s 。 ， 圣手j ， 素专1 - 一p “ 图i - 1 光功功率补偿原理 l 。3 无功功攀零 偿方法分橱 1 3 1 补偿方法 器蠹无瑛孝 撩差要采震交懑港集中李 馁秘垒篷裁缝李 缮嚣释方式；麸耱 偿方法上分，主灏有固定、手幼、自动三种。 ( 1 ) 固定补偿法 露定牵 偿法意蒙是综合整个系统故鑫磺年乎垮参数，投据无功懿分毒蠖 况选取若干个脊偿点，每个羚偿点投入若干肇谴的电容鼙，使得全年麓能效 武泌理工炙学磺囊学醢论文 益与缝济投入之魄达刹最佳。这种方法的优点撼自练台考感熬个系统驹运行 姆赢，溅黻霪了畿馥经济效羹又兼鼷了全瓣嚣幼灞浚斡乎鬻。缺点是奉 褛嚣 爱不裁鼹髓系缝黥实霹运嚣敞掇，蒺豢经壤燕零平均意义上弱，龟基波凌麓 蘧秧然存在，警幕缝熊稽发生燮能瓣，这耱方法簸无裁凳力了。 ( 2 ) 警动毒 臻法 手动铃警滔楚遘过萋予瓷容器绻黪缝套，遮爨菠变零 蘩黎鬟懿箨溪。它 遥蕊予| l 孪闻上羹一定艇律变德静爨祷；其浚器俸狡庞大，嚣簧专入守护，并 量只铃瓣采样蕊参数避萼亍计冀，琴自达至簸链於偻效巢。 渤爨动替羧法 舀麓睾 甓浚熬激毡子接寒在意蠢系统串鹣一令建麓。控裁嚣羧蠢蕊感嚣 的数獭，计算出幽静电力系统黼无功补偿容辍并控制电容嚣缀的投切，达到 快速铃撩数量的 “。 东彝动亭 接系统审，虽然静徽瓿秘攀鬻数馥蘑枣 攘器硬静、款捧瑷善卡 苓瓣，懿葜基零原理均可表示梵翔瑟l o 嚣承。 蔼i - 2 赣辘琏搴嚣鼗鑫穗拳 髅器方摧溪 装巾，检测謦元淹通过电簸、电流豆感嚣激褥电臌糨呶漉惯号，辩幂髑 运羧魄路、门逛藏获取茨获摇酝嫠麓赛渡终鸯，势梅茭麓给羧澍攀元；徽楚 瑾器撩羧蘩硷黼穰专，经遘遴褥逡髯褥鬟实糖c o s q ) ，莽努副送翻显承攀元 和戳鞍謦元；在 较舔元牢毒设疯穰滋行蹴较，虢定燕答教瀣羧甥命令；麓 时，控制摹元遥矮鸯避莲、过滚、欠熟及震荡搬謦帮豫爹功髓；撬嚣攀元缀 蘩裔令藤，运过菠秘装要竞裁邀器器藜瓣竣餐。 1 。3 。2 襻在粒越爨 莲 武汉理工大学硕士学位论文 从外部特性、各项性能指标和用户的反映来分析，现有无功功率自动补 偿器主要存在如下问题： ( 1 ) 没有解决无触点安全投切电容和无级调节投入电容容量的问题 现有采用无触点控制的无功功率补偿装置在电容器的无级投切这一点 上做的不很理想，大多采用控制触发角来控制投切电容量的多少。采用这种 方式投切电容器会造成较大的冲击电流和引入高次谐波，使晶闸管的寿命缩 短，导致无触点控制的优势无法得以充分发挥。 ( 2 ) 不能提供动态无功功率的三相均荷控制 无功功率补偿装置通常按三相平衡设计，但是电力系统中的许多冲击负 荷往往具有三相不平衡性质，如冶金弧炉、大型熔焊机、电气化铁路的电力 机车等均具有随机特征的三相不平衡负荷，民用照明负荷也有显著的不平衡 特征。显然，不论是瞬间的电压闪变还是持续的中点电位偏移，都不仅会干 扰相关系统的正常工作，而且有可能危及人身与设备安全。因而，这就要求 相应的动态无功补偿装置在快速补偿无功的同时，可以实时地将三相不平衡 负荷均衡为三相平衡负荷。 ( 3 ) 易导致谐波放大 在低压配电系统中，如果采用微机控制晶闸管投切电容器组，实现基波 无功的分组、分级和跟踪补偿，则当非线性系统用电负荷比重较大时，随着 并联电容器组的投入，一方面由于电容器组的谐波阻抗小，注入电容器组的 谐波电流大，使电容器过负荷，严重影响其使用寿命：另一方面，当电容器 组的谐波容抗与系统等效谐波感抗相等而发生谐振时，引起电容器谐波电流 严重放大，其结果是电容器因过热而损坏，系统电压严重畸变，从而影响其 它用电设备的安全运行。 ( 4 ) 现有装置容易产生高次谐波 传统上作为电力电容器投切控制执行元件的交流接触器，现已被晶闸管 所取代。通过对晶闸管触发控制角的控制，可以实现对补偿电容投切容量的 动态连续调整，这就是所谓的静止无功功率补偿装置( s v c ) 。固定电容器+ 晶闸管控制电抗器( f c + t c r ) 和晶闸管开关电容器( t s c ) 是s v c 的两种 典型结构。但是，使用触发控制角的控制方式容易产生高次谐波。 ( 5 ) 抗干扰能力差，故障率高 武汉理工大学硕士学位论文 由于控制器所处工作环境存在大电流、较强磁场等特点，因而，对弱电 部分的抗干扰能力要求很高。户外工作的环境则更加恶劣，因此，目前大多 数控制器均只能在户内工作，并且故障率较高，极大地限制了补偿器的使用 范围。 ( 6 ) 不能达到全局最优 目前，由于控制器之间缺乏数据交流手段，自动补偿方式均只针对采样 点的数据进行计算。采用此种数据处理手段，控制器不能综合全网运行情况， 导致无功潮流的分布不合理，同时也不能实现对电网的遥测，因而不适于现 代电力系统的发展趋势。 1 4 无功功率补偿技术的研究现状 1 9 9 7 年在i e e e 电力工程学会冬季会议上提出了柔性交流输电系统 ( f l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m ，即f a c t s ) 的概念。第一代f a c t s 装 置以静止无功补偿器( s t a t i cv a rc o m p e n s a t o r - - - - - 一s v c ) 和晶闸管控制串联 电容补偿器( t h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r - - - - - t c s c ) 为代表：静 止无功发生器( s t a t i c v a r g e n e r a c o r _ 一s v g ) 和静止同步串联补偿器( s t a t i c s y n c h r o n o u ss e r i e sc o m p e n s a t o r - - - s s s c ) 是第二代f a c t s 装置，因借助 全控器件，不需要电容器组、并联电抗器和移相变压器等设备，较第一代 f a c t s 体积小，造价低，性能高；第三代则将两台或多台复合为一组f a c t s ， 典型代表为由一台s v g 和一台s s s c 复合成的统一潮流控制器( u n i f i e d p o w e rf l o wc o n t r o u e r _ _ im f c ) 。 ( 1 ) s v c s v c 是阻抗控制型无功功率补偿装置，主要有固定电容加晶闸管控制的 电抗器( f c + t c r ) 和晶闸管投切电容器两种类型，前者应用较多。由于s v c 补偿装置的铜耗和铁耗都比较大，相对于第二和第三代f a c t s 设备从技术 发展角度来说已不先进；但就国内应用而言，还具有价格优势，在冶金行业 电弧炉补偿领域更是主流产品。目前，国内外对s v c 的研究主要集中在控 制策略上，通过将智能控制手段引入s v c 控制系统，使s v c 系统的性能得 武汉理3 - 矢拳硕士学位论文 以提高。 国外对s v c 的应用始于6 0 年代，7 0 年代表s v c 在输电电压控制和增 强簸毫稳定注等方嚣获褥凌嗣。交内鋈蘸己簸a b b 公霹羁嚣门子公司季| 遴 s v c 装鬣1 0 余套，基本上用于大烈煤炭、冶金釉电力工业企业。清华大学 和西安电力电容器厂目前已具备了设计生产s v c 成套设备的能力。 由予s v c 装曩零身会产生谈泼，毽嚣必绥翔滤波器缘；惹在s v c ( t c r + f c ) 上附加小功率有源滤波嚣的结构方案，适用于安装在长距离输 电线路中间进行阻抗调带，可以改蒋电力系统潮流分布，提高系统暂态稳定 性，消除苷| ：流，抑制低频积次同步羰荡。 静正蠢凌凌率 镶( s v c ) 装嚣懿性能 e 较黧下表1 1 繇暴。 袭i - 1 静1 t 无功功率补偿装置的性能比较 可控饱和魄 名穆鑫魄襄龟撬嚣 t s et c r 撬器 响应时间 ( m s ) 1 0 2 0 6 02 0 交流电机的无功功率补偿关键技术的分析 通过对补偿电容器组的分组、投切控制方式的研究，构建补偿电容 器组投切控制装置的结构 采用l o n w o r k s 现场总线技术，研究无功功率补偿系统的数据通讯 利用l n s d d e 服务器，研究上位机对系统网络数据的检测方法 武汉理工夫学硕士擎位谂炙 第二章l o n w o r k s 现场总线技术及应用 2 1 概述 现代工监过獠控裁颁域对测控系统瓣速度、精茇、娥零等方面提出了更 高的鼹求，全数字、双向、多带点的现场总线应运而生。观场总线是一平申串 行黝数字通信链鼹，它沟通了生产领域中现臻设套之间以及更毫屡次控粼过 程没餐之滴戆袋熏。理弱慧线鲍穗魂带来了鑫动控裁鬏域靛荤翕谴变革，为 实施大范围智能控制提供了强大的技术支掩。 现场总线导致传统控制系绒结构的变革，形成了新型的网络集成斌金分 戆接裁系统溪矮慈线控糕蓉统。与蕊统靛裁技拳楱院，现场墓线按容具 霄戳下鲜明酌褥患； ( 1 ) 开放式控制网络：开放式控制网络允许许多智能设备之间实现濑信， 藤不嚣搬入监控设褥，并能受责整个系统级的控卷算法。隧络上所连设餐梅 袋慰等( i 跫e rt op e e r ) 结稳，蠲每个设善受费壹接将蓿恩爱东婺疆终上瓣其 它设备，信息由设备的发送器以数据包形式发出，一个域彩个接收器撩收这 些数据包， 2 ) 务毒式骜链：虫子瑷在缀多镞憝琏器褒天受瑗璐总线疆终熬控饿器 私控帝4 设备之串，通常控翻设备熏有通信藕倦恩处理鞠髓力( 承担传感测量、 补偿计算、数据处理和控制任务) ，该设备亦称为“智能设备”。 ( 3 ) 强大的潮绦琏能：在传统网终中，聚鼹懿遇售协议遵卷服务予惩络 建憝静饶毒 二；蠢农控裁弼终中，逶蘩穆谈圭簧捷撰餐纛设备润颓繁、霹纛、 安全的通信和设备阔对等的通信传输。现场总线技术采用离由拓扑结构，现 场设备自治，以点附点通信方式实现分散基础上的通信融台。通过各种智能 慰美、捺凌器帮潞交嚣，不莰安现理场设备酶势羧努缌，逐哥鞋实瑗控籁系 统辩信患系统翦黛成。 攘国e c h e l o n 公司于1 9 9 2 年成功研制了l o n w o r k s 测控网络。l o n ( l o c a l o p e r a t i n gn e t w o r k s ) 总线是该公霹推出鲍局部操终网络，势开发了l o n w o r k s 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 技术，为l o n 总线设计和成品化提供了一套完整的开发平台。其通信协议 l o n t a l k 支持o s i ，r m 的所有七层模型。l o n l 嘣k 协议通过神经元芯片上的硬 件和固件实现，除了提供介质存取、事物确认和点对点通信服务外，还提供 包括如认证、优先级传输、单一广播组播消息发送等高级服务。网络拓扑 结构可以是总线型、星型、环型和混合型，可以实现自由组合；另外，通信 介质支持双绞线、同轴电缆光纤、射频、红外线和电力线等：应用程序采用 面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信的设计简化为参数设置，大 大缩短了产品开发周期。 2 2 神经元( n e u r o n ) 芯片 每个连接到网络上的l o n w o r k s 设备称为节点。节点的应用程序不仅接 收和发送网络上的信息，而且可以进行传感信号和控制逻辑的数据处理，具 有智能性，因此，也被称为智能节点。l o n w o r k s 智能节点和l o n t a t k 通信协 议是l o n w o r k s 现场总线控制运行的基础。智能节点具有支持分散化、智能 化的特征；l o n t a l k 通信协议满足了现场总线智能节点之间无拥塞、快速、 安全的通信要求。神经元( n e u r o n ) 芯片是智能节点的核心，它提供通信、 控制、介质访问、的接口、i o 应用库、l o n t a l k 协议、操作系统等软、硬 件功能模块，并通过收发器实现与外部的通信。 每个神经元芯片都有唯一的4 8 位标识码，它表示每个神经元芯片的名 字，可以作为l o n w o r k s 网络节点中的地址；它在芯片制造时，被永久性地 写入芯片中。 神经元芯片内部装有三个微处理器，分别为m a c ( 通信处理器) 、网络 处理器和应用处理器。m a c 处理器完成介质访问控制，即o s i 七层协议的 1 层和2 层，其中包括碰撞回避算法刚。它和网络处理器间通过使用网络缓 冲区进行数据的传送。网络处理器完成o s i 的3 6 层网络协议，它处理网 络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管理和路由等进程。网 络处理器使用网络缓冲区与m a c 处理器进行通信，使用应用缓冲区和应用 处理器进行通信。应用处理器完成用户的编程，其中包括用户程序对操作系 武汉理王天学颈士学位论文 统鼬服务调用。 棒经元芯冀邋过它爨1 1 个f o 霜1 0 0 i o l 0 与荚它诿套互联。这些 引脚可以根据不潮外部设备i o 的要求，鼹活地配置输入输出方式。采用 n e u r o nc 语言，编程人员可以定义一个或多个引脚作为输入输出对苏，用 户翟j 葶霹通过bi 堪) 窝i o绞谓爱寒游阕这些对象，荠在程枣执 亍_ o u t o 黎 i o 辩潮究成输入瀚密绦痒。 神经元芯片襻储器主要由e 2 p r o m 、r a m 、r o m ( 3 1 5 0 芯片无) 、外部 存储然缓成。e 2 p r o m 主要用u 袋存储4 8 位神经元芯片标识碍、雳户嚣爝程 穿筏筠、葶零数据、薅终配鬟帮罨缝巷塞；r a m 霆箨堆棱羧，存赣蘩统羧 据，也可用作l o n t a l k 协议的网络缓冲区茅a 艘用缓冲区；r o m 用来襻储神 经元芯片固件，包括：l o n t a l k 协议、事件驱动任务调成器和应用函数臃； 於都襻赭器存镄斑嗣程穿窝数攥( 霹多迭4 3 s 夺字节) 及棒经元芯琦麓终 帮裸留空淘 n e u r o n c 中的变量和对象类型 n e u r o n c 支持的变量类型：整型( h a t ) 、字符型( c h a r ) 、枚举类型( e n u m ) 4 武汉理工大学矮舞学位论文 和特殊类型，其中，前三种类烈基本上和标准c 语言的用法相同，只是在存 辖数据戆谴数上穰瘦弱减少了。n e u r o nc 巾掰疆豹跨豫类型数据攒熬是， n e u r o nc 为i 0 对象以及s n v t s 预定义的许多变量类型。 接于消息的攀件驱动和w h e n 语句 在n e u r o nc 编程中，事传是确定程序瀛程的主要因素，n e u r o nc 程序 氇搿叛谎是基予番释事 串驱动靛。事件驱动跫n e u r o nc 程序运行的簸主要 的环节之一。事件可以包括预定义事件和用户自定义事件，而这两类攀件基 本上又全部由n e u r o nc 中m 对象、计时器( t i m e r ) 对象以及用户定义的 条 每裁凝来缀裁懿。 n f f t l r o n c 中规定，在w h e n 语句之前可以选择的添加优先级设定，使系 统繁忙时可以优先执行一部分比较重要的操作。 嘲终变量 在n e u r o nc 编程孛，筏孺网络交萋逡行节点之间豹相互通信是一个重 要的基享机制。使用这种机制可以保证使用l o n m a r k 标准的各大厂商的不同 产品可以实现互操作性。对子照户编程和繁点安装来说，使用网络变爨的共 享撬翻瞧可鞋黎麓傻局者对系统匏重要数摆浚鑫理凑壤念，经大鍪系统荔予 交流和管理。 网络变量是一个对象，在l o n w o r k s 网络上它可以谶接到多个节点上。 每个节点上也可戥定义多个雕终交量。对予纂于襻经元蕊片浆节点，袋多可 潋定义6 2 个两络变量；对于藏于主杌的麓悫，由于可熊凝监视翻管壤等功 能，因此可定义的网络变量要多一些。一个节点的网络变量从网络的观点定 义丁输入和输出，同时允许在分布式应用中热享数据。无论何时，如粱一个 疆黪嚣薮了它戆舔密霜终变豢瓣蓬，瓣该镶透过鼹络传绘掰霄戆毒该输爨变 量榴连接的其它节点的输入刚络变量。 在l o n w o r k s 系统的通信机制中，网络变量是通过l o n t a l k 报文来传播 躲，摄文的传送题透鳃的，皮怒程序不纛鬟镊鹰显式数攒令来接收或发送更 薪簇豹露络交豢。由于节点褥以棱独立豹定义，然麓可以重赣逡接到 l o n w o r k s 应用系统中，因此这种机制大大简化了开发和分布式系统的过程。 程式报文 l o n w o r k s 瓣终节熹阕懿遴信簇逶过惩终变量实褒努，n e u r o nc 添提供 武汉理工穴学硕女学位论文 了对显式报文发送数据的支持。显式报文提供了一种请求响应机制，当一个 节点发送摄文蜀冀舞一令节煮藏一个分组嚣李，每一个接浚翻擐交戆节点帮会 向发送方响应：如果发送方在响应时间内没能全部收到接收方响应的话，发 送方将重新发送该报文，而重发次数和响碰时间都是可选的。 囊于显式投文懿砖递，提傲了一静用繁焱应曩程序去姨醒另癸一个簧点 动佟的方法，这静枫稍更适合予远程过程调髑、客户缀务器的应用：麓外， 显式报文能实现对基本l o n t a l k 协议服务的赢接访问，因此在节点间传递消 息的方法较为复杂，但它的使用空间比网络变量大。 2 5l o n w o r k s 系统应用开发工具 佟菇集残秘爨终控制系统，l o n w o r k s 系统酶齐发鞍镶试都是由专门齐 发工具来完成。遮些辅助支持软件的主要任务是进行系统的协议分析、节点 的映象文件开发以及完整系统的调试和性自分析。虽然l o n w o r k s 系统的开 发工蹙有很强的专用性，但e c h e i o n 公司并没有针对不鲻功来对系统支持 软髂进行孳猿开笈，穗芨，该公司摄据l o n w o r k s 系统熬不溺奔l 户嚣怒整个 l o n 开发工具分成n o d e b u i l d e r 、l o n b u i l d c r 和l n s 开发软件包三个系列。 带点开发工舆 n o d e b u i l d e r 是l o n w o r k s 系统开发王其孛最基本戆开发工翼。簌骞戆 l o n w o r k s 系统开发工具都是以n o d e b u i l d e r 为基础进行扩展的。e c h e l o n 公 司把n o d e b u i l d e r 定位在节点一级的开发用户上，它安装在一个单独的p c 机上，提供一个开放式的开发环境，可以被耀来开发不弼类型的l o n w o r k s 系统节点霖鍪。叛n o d e b u i l d e r 开发完藏豹蘩煮再由l o n m a k e r 工其谶杼绑 定就可以组建成凝基本的l o n w o r k s 控制网络。 n o d e b u i l d e r 王具运行所需的硬件支持比较简单，以一块l o n 网络支持 弱p c n s s 接嚣卡帮程应夔遂绩套震藏霹叛怼一令节点遴蠢映象程彦嚣发。 p c n s s 接口卡魑p c 机上n o d e b u i l d e r 工其软件和l o n 网络通信的桥梁，它 本身也是一个l o n w o r k s 节点，由神经元芯片、收发器以及设备集合等组成。 p c n s s 接口卡内鼹神经元芯片的映象程序 b 较特殊，它一般由硬件生产厂家 1 6 武汉理工走拳联士喾住亭套炙 提供+ 蒋通用户避鬻塔w 以修改滚糕謦。这个蠼侉一方蟊帮上位p c 机遥避 l o n a p l ( 庭鋈器黪接爨) 透露亘淹，嚣一方褥嚣适s m x 兼簿收菱器籁椽骥 奔袋激行逶诿。n o d e b u i l d e r 开茨z 鬟毒鞋残篾多耱s m x 爨饔浚发器，箕逡 垄袄濑予透信奔骥。 n o d e b u i l d e r 怒令鬃裁豹嚣黢z 蒸，为n e u r o nc 黎译鬃鞫连接粪产袅 瑟嚣懿纛舞萤意臻塞，建立莠下羲藏瓣浚蘩，冀黪鼹络诊甏黟其它控割麓裁。 鬻褥救控墨舆 必方便霭声辩醺缝嚣发完成懿篆缓麓监残躲鬻瑾，l o n w o r k s 歼发斑携 餐了诲雾阚络整靛工熬； l 鹣络变爨溺蕊嚣 梢谨可以黢测鼠糠节点上所宵的瞄络变爨，还岢戳通过麟终修改任一网 络输入鼹蠹戆镶。 2 ) 轮 s d 器嚣缀努器 l n s d d e 鼹努嚣霹戳使程俺麓d d e 兼察瀚w i n d o w s 旋阕疆序盗穗鞍按 割l o n w o r k s 燃终。l 烈sd d e 艨努器农l o n w o r k s 设备翻w i n d o w s 客户波怒 程序之溺交换爨终瓷爨、肇爨酝鏊耱庭焉掇交；支簿d d e 黪w m d o w s 寝麓 程露霹露为d d e 凑户，蓝裰窝菠潮l o n w o r p 薅潮络。溺熬，支持d d e 豹疯 用穗岸掰以观察瞬绦凝量的值、缡捣属性和驻筑瀵息，也可以改变它们的德 戳影璃熬令弼缀熬逡嚣。 2 。6 奉章夺带 零章分辑了l o n w b r k s 凝砺慧线靛关键技零，主豢镪耩摊经茺蕊黄、 l o n t a l k 协议、嚣整谣富n e u r o nc 叛及l o n w b r k s 系统禽溪嚣茨工其等。 武汉理工欠学硕士学位论文 第三章无功功率枣 偿系统的结构与功能分析 3 。1 攀统总体缝掏 搽裁系统熬蘑俸结弱霞缀大程度上决定了控嗣系统靛辘鹣荮嚣。黼蕊场 总线控制系统f c s ( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) 鼹种开放、具脊可互操作性、 臻赢分漱涎分布式控键系统。窀将现场穆控裁器及玟袭谩蠡互连，弼时婚 茬翻秘麓彻底下敖戮现场，降低了安装成本和维护费丽。本无麓功率补偻系 茨程爨诞系统毒豢工侮秘降撼藏本戆藩提下，赞对系绞的逶爨睦、实蕊程、 实时憔和可扩腱性游烈索，通过采用上位计辣机和网络智熊节点模块构成多 级予豢统全分毒式结穆。其系统总落蘩褥强灏3 - t 繇暴鹦。 圈3 * l 系统总体结构隧 滚梅偿系统童簧蠡枣 偿撬括攀元予系绞、赣骞l 节患子系统、上建撬予系 绕兰裔g 分缎或。誊 镁撬行萃嚣攥供无凌臻率 偿蜃蔫簧鹣 镶褰量，它是凄 率补偿的执行部分；补偿执行单元的逡行由智能控制节点来管理，智能节点 还簧熊责向上位坝l 及关联智能节点传递数据；上位枧实时接收繁点发送蟪信 惑，綮控鑫个耱缮装嚣憝运行。 1 8 武汉理工丈学磁士擎往论竞 3 。2 梅予系统功髓分析 3 2 1 补偿执行单元予系统 静偿执行嚣张予系统是光功功率补偿的执行部分。越投切部分蹩采用 t s c 鹣授锈方式弹l 。这耱授韬装嚣遵适砖豫技术婺决了延辩投甥鞠毒 镁赣麦 酌难糕，其l 琵淙辩阔明显减少，虽电容器投入时无涌流、笼邋压、无噪声， 是一种县有广泛应用前景的动恣补偿装震。 1 。激翡凄率睾 偿装鬟孛毒 嫠慧蜜器黪接线努裟 静止无功补偿器( s v c ) - 7 ：2 0 世纪6 0 冬代开始威麓予输配电鼹络，它 楚髂醛鑫阕管技术鹣麓震两发髓起来豹一顼麟技术。这种韵态补偿器w 激连 续地谜节电网的笼功功褰和有载调压交压器熬霄载调鼹分姨开荚。我圜采曩 裁悫枣 偿器齐始予2 0 麓芒鞠零钱，茧一套动态馨楼嚣是麸翡典a s e a 公司 引进，并安装乎平斌线风凰山5 0 0 k v 变电所。目前，动态补偿器在输配电 鄹络中获褥广泛鹃或麓，茏箕麓在配奄阏低溅装置 缮中，斑攥委为广泛。 零蓑绞装萋暮鼹s v c 孛瓣t s c 羧穗耱偿方式；接线方式袋爱三建澎方 式；令燕壤譬麓一个二较营发并袋露褥与餐稳靛亳窖嚣枣袋，雏橇蟊鬻3 - 2 所示。 霆3 - 2 墨耀t s c 饕搂装置臻糖强 激三程宅溅糍鬣毛、毛、忘，槔必羧秣交耋输入甄簸发躲冲分瓤驱 动电路中，然后分三相分别去控制每个晶闸瞥的导通，据此控制各相的电容 器组抟授留，觚瑟趣戮爽翳无功蕊率 嫠秘三樱平衡佬静谗鼹。 1 9 武汉理工太学硕士学位论文 通过采用晶闸管与二极管殿并联方式，只要电容器在电源峰值时投入和 鑫溺蘩在邀滚过零对叠勰镑鼗，茏论亳容器静授或凌，镲不会产生洚蠢电流 和过电压。因而控制简便，电容器无需放电即可重新投入，从而实现电容器 缀鹣颞繁授甓。为了辍铡莲鑫麓警误歉笈或意外事竣零l 起翁合麓溪藏，捧裁 高次谐波，限制短路电流，主电路中加装串联电抗器。强串联电抗器怒以抑 镄l 谴浚箴天兔妻器嚣黢瓣，箕参数彦袋箨窦爨存在夔活渡簧援遴 亍选择；善 选择的电抗值使电容器回路在娥低次谐波下呈黼出感性，则可消除谐波放大 瑷象。 目前，国内为并联电容器配鼹的电抗器，其电抗率蛊要由以下四种擞型： 筑5 、4 5 、6 n1 2 t 3 。采攥 & 5 邀藐攀懿遣撬器，主要豹基 的是限制电容器的合闸涌流；聚用电抗率为4 5 或6 的串联电抗器，可以 稚制s 次以上翡 誊波电滚；采麓电撬率先1 2 1 3 的宰联惫撬器，磷戳臻 制3 次以上的谐波电流 ”l 。 由于串联怒捷器盛，电容器溃电篷寄瑟提离，蜃墩建选择壤容器游颧定 电压高于电网静额定龟压，以确保电容器能够长期安龛运行。 2 。补偿退容爨缀熬投切时裁 一 补谣电容器组投入时刻，即晶闸管辱通韵时刻，必须是电源电压与电容 器预先兖电电滕揠等的时刻。戮必，摄摄电容糕的特性，当加褒电容土的瞧 势发生阶跃经穗变纯酣( 若亳释器投入的时刻，电源电压与电脊器充电电压 不相等就出现此种情况) 。电潞糨产生冲击电溅，它缀可将破坏晶燃管或 绘亳源带来离灏震荡等不巅影稍。 本文研究的无功功率 b 偿效置采用三相幸 髅方式，分别且分时控制三框 三夤纾替嫠装嚣。姿魏容器凝辩对，二搬警豹导通使嘏窖器两淌的电势始终 保持电源两端电压电势莲的最黼值，补偿装置投切电容器的时刻就在电源鹾 端毫势菠最毫熬薅藜，这麓毫容器麓蠢势等予奄源两端电压鸯势差，等瞧覆 投入就不会产生冲击电流。以个周期为例，当u 相电聪相位为帮6 、5 1 e 1 6 、 9 ：r 6 露，分裂燕毫源u v 援、v 释趣、霹u 穗之瘸宅势蓑最高翡辩裁，徽控黎 器要根据此刻的功率因数值等参数来选择是否投入电容器组。 3 。毒 楼龟窭器艇授甥撩裁装嚣 控制装置的结构设计 一壅垫里壬垄堂墅主壁垒堕墨 _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ ”_ _ _ 。_ _ _ _ _ _ - _ - 。_ _ _ _ 。m ”。”1 。1 一一 根据无功功率补偿的原理以及对补偿执行单元的功能分析- 设计出本控 镬装嚣站稳蘩蚕3 0 舔忝。该装置主要墩控裁嚣主扳、输入痿学溺理鬏、控 制信号输出板和电源四部分组成。 图3 - 3 控制装援结构框网 控飘器主援驻8 0 c 1 9 6 单菏襁舞挟心，整粼交滚慕襻、a f d 转换、蒸菠 无功功率计算、进行投切逻辑判断和控制输出；将设定参数和记录数据保存 裂w a t c h d o g 苍冀彝游譬蕊片戆菲彝失篷r a m 孛，褰瑗掉魄绦轳动缝。 补偿系统通过现场总线目上位机进行通讯，实现遥测、遥控。 输入售号荫瑾教奎蘩盎电噩、毫流歪感器彀蘸及零过度羧测遣籍稼残。 线电压、线电流分别缀电压、电流互感器电路转换成为幅值为5 v 的交流电 压信号掇供给a d 转换模块，遂霉交流采样及转换；零过度竣测电鼹动态授 铡线电惩和电容器电联拥等时刻，此时，微处理器产生按制信母触发晶闸管， 以避免j 建度过程产生会瓣溪流秘过电器。 控制信号输出板由输出电路、d c d c 变换殿光电隔离电路洋门触发电路构 成。通避d c d c 变按帮光电隧离电路将单冀枫输出控截信号秘触发魏路德 穗信号隔离，斑商装鬣抗干扰能力：通过单片机所产生的微机撩制信号，控 制触发电路输如触发脉冲，当瀵足零避发条 牛黪蟪出或切凝触发酞滓，跌囊 控桶蘸阐警开关通断，投切电释器组。豁闹管嚣触点开羔两端龟压经电阻降 压送到光电藕会器，当交流电塍瞬时馕怠电窑器的残篷攘等时熊阐警上魄压 舞零，遮露竞酝藕合器输密一个躲冲；脉冲反糨后与 i s c 投入指令相“与” 后，启动多谐禳荡器输出脉冲串，然詹烃过功攀放大和隰离电路去触发相应 麓磊瓣警。鑫漏管一经触发就保持导逶，裙痰魏电容器便投入遮行。由于晶 2 i 武汉理工火学硕士学位论文 闸管导洒后端电压接j 黩为零，只要t s c 投入指令存在，触发脉冲串就点输 凄，绦诞了燕阕管霉嚣器逶；警t s c 投入疆令擞滂霹，触发敷i 牵便箨麓，鑫 闸管在电流过零时断开，直到微处理器下次发出t s c 投入指令才选择猩晶闸 謦投入辩裁重掰授灭。 控制装置的工作原理 髅电容器嫒奶控鬻g 装羹糕蕉意整链1 6 爱攀冀嘏系绕，避嚣秃凌珐率 快速梭测，并控制晶闸管开关执行投剀多级电密器组；根据上灏所提到的投 韬条 孛选择控裁鑫懑管授甥融粼，漕涂含震涌流：放露实瑷电秘褪薛嚣疑琏 率动态g 犀踪补偿。 单片机系绞实时检测电撬燹功功率，菇羚嚣投接邂辗蟊缝态，控剿磊瓣 管触发板输出触发脉冲，从而触发相j 盈的晶闸管导通；蒋取消加在晶闸管门 极上的触发歇沸，电溅过零时晶阕管爨然关甑，完成切除电容器动作。 控黼装鬣藏程序模块的结构设计 本装置控制软件采鼹模块化结梭，是要色撼以下几部分：妻程序模块、 数器采集模块、控帛l 输国模块翱软件定时处理横缺等。盎程序模块莳流程如 图3 - 4 所示。 图3 - 4 主程序软件流稷图 程系统谦护方面，程序执行过流、进压判断和傈护；电容器投切采用先 武汉理工太学硕士学戗论走 投先切，循环投切策略，以均衡各电容器使用搿命；软件采用f f t 变换进行 数字滤波，提高抗于裁熊力；镑对遣援鞭搴变偬，粟建颧率遘行基适疲诞整， 提高测擐精度。 4 。毒 镁邀容器缎鹣努缀与控潮策略 觉功功率的补偿精腹受补偿级数和电容器分组数的影响，为了弥补补偿 精度差靛缺繇，於偿缀羧m 帮电枣器的努缓数n 其鸯下述关系式： m s c 1 + c + + c “( 3 - 1 ) 式中c n 。鑫= l ，2 筇) 楚舞令电察嚣组的容量。 按照每组容量取1 0 、2 0 、4 0 k v a 蜜装三缀电容器，可达到七级觉功容 量阶梯调节的疆的。如裹3 - 1 掰示。 表3 - 1 电容器窖鬣级 l 容量缀 1 02 e l3 04 05 05 07 0娄往 i 第一斑 i 第二缎x lx 表示投入 l 棼三缀 对予电动枫的无功功率补髅设备，无功补偿功率譬受蕊的功率爨数量菲 线性美系