基于现场总线的无功功率补偿系统的研究
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摘要
针对目前国内低压设备用电负载功率因数偏低和国内外现场总线技术的应用现状，基于提高交流电机的功率因数、降低无功功率损耗和改善电能质量，本文综合运用现场总线技术、计算机技术和电力电子技术对交流电机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。
本文基于已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和补偿电容器组的分组方式；依据无功功率补偿原理，构建了补偿电容器组投切控制装置的结构，并确定了补偿电容器组的投切控制方式；为了获取有效的控制参数，确定了利用三相电路瞬时无功功率理论对无功电流进行实时检测的方法；以LonWorks技术为基础，设计了智能节点的软、硬件结构，特别是对A／D采样以及利用网络变量进行数据通信等方面做了详细研究；最后，利用LonWorks开发工具对LonWorks网络节点进行了配置，并通过LNS DDE服务器，研究了上位机对LonWorks网络的监控以及对系统网络数据的检测方法。
Aiming at the fact that power factor of low-voltage power equipment is very low in china and application condition of Fieldbus technology in the world, based on enhancing power factor of AC motor, lowering losses of the Reactive Power, improving power quality, therefore, it is of great significance and practical value to research the Reactive Power Compensation by applying the technology of Fieldbus, computer and power electronics.
In the dissertation, the key technology of the Reactive Power Compensation, the fashion of Thyristor Connected Capacitor, the way grouped of Capacitors are analyzed based on the constructed general structure . On the foundation of the Reactive Power Compensation theory, the structure of Thyristor Switched Capacitor equipment is built and the fashion of Thyristor Switched Capacitor is established. In order to get effective control parameter, the real time detecting method for the Reactive Current is specified by using the instantaneous reactive power theory of three-phase circuit. On the basis of LonWorks technology , hardware and software structure of intelligent node is designed , A/D sampling and data traffic by applying network variables are researched in detail. Finally, the network node is configured by employing the Lon Works exploiting tools, monitor-control of host computer for Lonworks network and detecting method for network data are studied dependent on the LNS DDE server.
本文基于已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和补偿电容器组的分组方式；依据无功功率补偿原理，构建了补偿电容器组投切控制装置的结构，并确定了补偿电容器组的投切控制方式；为了获取有效的控制参数，确定了利用三相电路瞬时无功功率理论对无功电流进行实时检测的方法；以LonWorks技术为基础，设计了智能节点的软、硬件结构，特别是对A／D采样以及利用网络变量进行数据通信等方面做了详细研究；最后，利用LonWorks开发工具对LonWorks网络节点进行了配置，并通过LNS DDE服务器，研究了上位机对LonWorks网络的监控以及对系统网络数据的检测方法。
Aiming at the fact that power factor of low-voltage power equipment is very low in china and application condition of Fieldbus technology in the world, based on enhancing power factor of AC motor, lowering losses of the Reactive Power, improving power quality, therefore, it is of great significance and practical value to research the Reactive Power Compensation by applying the technology of Fieldbus, computer and power electronics.
In the dissertation, the key technology of the Reactive Power Compensation, the fashion of Thyristor Connected Capacitor, the way grouped of Capacitors are analyzed based on the constructed general structure . On the foundation of the Reactive Power Compensation theory, the structure of Thyristor Switched Capacitor equipment is built and the fashion of Thyristor Switched Capacitor is established. In order to get effective control parameter, the real time detecting method for the Reactive Current is specified by using the instantaneous reactive power theory of three-phase circuit. On the basis of LonWorks technology , hardware and software structure of intelligent node is designed , A/D sampling and data traffic by applying network variables are researched in detail. Finally, the network node is configured by employing the Lon Works exploiting tools, monitor-control of host computer for Lonworks network and detecting method for network data are studied dependent on the LNS DDE server.
引文
[1] 赵现纲，戴广龙．基于神经元芯片的智能控制网络的研究与应用．计算机工程，2003，29(12)：12～13
[2] 王仲鸿，沈斐等．FACTS技术研究现状及其在中国的应用与发展．电力系统自动化，2000，12：1～5
[3] 汪建等．MCS-96系列单片机原理及应用技术．武汉：华中理工大学出版社，1998
[4] 王茂海，刘会金等．瞬时功率理论的广义变压器模型及其与传统功率理论的统一数学描述．电工技术学报，2001，16(6)：55～58
[5] 王忠民，蒋平．基于LNS的LonWorks组网与监控软件开发．测控技术，2002，21(1)：37～40
[6] 伍小杰．动态无功功率补偿研究的现状和展望．煤炭自动化，2000，5：19～22
[7] 杨金奇，刘学军．LonWorks在电力系统中应用．工业控制计算机，2002，15(5)：21～22
[8] 周治国，肖佩等．基于CAN总线的功率因素补偿系统设计．武汉理工大学学报，2002，25(1)：52～54
[9] 王雪梅．基于LonWorks技术的数据采集节点开发．计算机应用，2001，21(8)：55～56
[10] 卢世超，罗新民等．基于LonWorks现场总线的电能检测系统设计与实现．电子技术应用，2001，12：36～39
[11] LNS DDE Server User' s Guide. Version 1.0. ECHELON Corporation
[12] 荣治国，林述民．一种基于LonWorks的通用监视平台．微机发展，2002，6：90～93
[13] 谷永刚，肖国春等．晶闸管投切电容器技术的进展．高压电器，2003，39(2)：49～52
[14] 李鹏，陈志业等．新型微机控制晶闸管投切电容补偿装置．中国电力，2001，34(3)：36～38
[15] 束保华，温阳东．基于LON网络Host-based节点的CIMS系统的应用．合肥工业大学学报，2000，23(5)：694～697
[16] 陈荣．动态功率因数补偿．江苏电机工程，2003，22(1)：52～54
[17] 吕锋．微机控制无功自动补偿装置的原理及应用．电气时代，2002，2：24～25
[18] 范小红．LonWorks网络节点信息采集和监控方法研究．广东自动化与信息工程，2002，4：40～42
[19] 陈建业，王仲鸿等．新型静止无功发生器(ASVG)的研究现状．清华大学学报，1997，37(7)：7～12
[20] 马瑞军．运用模糊控制理论的并联电容器投切方式．华北电力大学学报，1998，3：24～28
[21] LonMaker for Windows User's Guide. Version 1.0. ECHELON Corporation
[22] 雷刚，吕国强等．基于LNS和COM的LonWorks网络监控软件开发．微计算机信息，2002，18(12)：61～62
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[24] NEURON CHIP—TMPN3150/3120 Databook. Toshiba Incorporation, 1997
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[29] 苏永乐．现场总线技术及其在电力系统中的应用前景．工业仪表与自动化装置，1999，6：15～18
[30] 周治国，肖佩等．CAN总线技术应用于功率因数动态补偿系统．微计算机信息，2003，7
[31] 罗世国等．一种谐波及无功电流的自适应检测方法．电工技术学报，1993，8(3)：42～46
[32] 杨侃，赵维琴等．一种应用LONWORKS控制模块的现场智能节点的设计．工业仪表与自动化装置，2001，6：37～40
[33] 黄天戌，杨显娇等．A／D芯片TLC2543与Neuron芯片的接口应用．国外电子元器件，2002，6：12～14
[34] Watanade EH, Stephan R m, Aredes M. New Concepts of Instantaneous Active and Reactive Powers in Electrical Systems with Generic Loads. IEEE Trans on Power Delivery, 1993, 8(2): 697～703
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[39] MAEI-Sharkawi, M Dong. Development and field testing of a 15KV class vat compensator. IEEE Transactions on Power Delivery, 1995,10(4)
[40] 李士勇．模糊控制神经网络和智能控制论．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996
[41] 彭可，陈际达等．控制系统网络化及控制系统与信息网络集成技术．信息与控制，2002，31(5)：441～445
[42] 刘进军，王兆安．瞬时无功理论与传统功率理论的统一数学描述及物理意义．电工技术学报，1998，13(6)：6～12
[43] 阳宪惠．现场总线技术和应用．北京：清华大学出版社，1998
[44] 陈懿．以LonWorks技术为核心的现场控制系统．工业控制计算机，1998，5：35～40
[45] 颜廷勇，邵如平等．基于LON总线技术的智能节点研究与开发．淮阴工学院学报，2002，11(5)：52～56
[46] 杨育红．LON网络程序设计．西安：西安电子科技大学出版社，2001
[47] 王双庆，邢建春等．LonWorks网络中的节点通信．微计算机信息，2003，19(9)：83～85
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[49] 王忠民，蒋平等．基于Internet的LonWorks网络控制．测控技术，2001，20(10)：43～45
[50] 刘黎明，刘涤尘等．智能式动态无功补偿装置的研究．电力情报，2002，1：15～19
[51] 马莉，王歌．基于LonWorks网络的远程监控系统．计算机工程，2002，28(6)：172～173
[52] 马春光．基于LonWorks的管控一体化系统的设计和实现．自控与测量，2003，1：35～39
[53] 伍萍辉，唐勇奇等．基于LonWorks现场总线的智能节点设计．化工自动化及仪表，2002，29(1)：46～48
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