基于SOPC的煤矿电力无功补偿系统的研究与设计.pdf

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1、煤矿现代化2012年第5期总第110期基于SOPC的煤矿电力无功补偿系统的研究与设计王文林。陈烨z(1．晋煤集团寺河矿，山西晋城048205；2．中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008)摘要本文分析了煤矿电力无功补偿．本文在研究了煤矿电力无功补偿系统的原理和硬件设计，对补偿信号的检测原理上，论述了煤矿供电线路数学模型，无功补偿装置的原理和无功补偿信号的提取算法、信号采集和数据存储结构及工作原理；论述了数据存储方式。与现有的煤矿无功补偿系统对比，具有比较好的性价比和极好的推广应用前景。关键词

2、无功补偿；SOPC；FPGA中图分类号：TM7l4．3文献标志码：B文章编号：1009—0797(2012)05—005l一041前言5wn==面1‘随着社会的发展和科学技术的进步，国家对煤矿供电质量和供电的安全性、可靠性及供电效率提iR<、／导出越来越高的要求。进一步降低电网损耗、提高电压其特征为：质量及供电可靠性，从而实现煤矿社会效益和经济(1)导纳：效益双丰收，是煤矿企业现代化管理的核心内容。在丽RR=(S)电力系统输送电能的过程中，无功功率不足，将使系统中输送的总电流增加、使变压器的出力减少、供

3、电线路及系统设备有功功率损耗增大、线路末端电压阻抗：景(Q)下降；而对于煤矿电网来说，过多地从电网中吸取无功，不仅使电网电能质量下降，也影响自身的用电和(2)申．流：设i：I0生产，使煤矿效益下降，甚至招致罚款。因此，为了减少无功的损失和避免其在电网中的不当流动，必须谐振时电压：3o===Is0V，进行无功补偿。无功补偿最好的方式是就地补偿。采用并联电ii~=0oYl=面LIsLOIY1l一1容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式，它可以很方便地就地控制电容投切，以ico=0oY=Is

4、l_01YzI手减少线损，消除无功馈乏给系统带来的负面影响。另外，负荷谐波较大时，将损害普通补偿设备的开关和相量图：电容。装置在谐波含量超高时，有针对性地配置滤波器，从而能够有效滤除谐波、延长设备寿命、提高补偿效果和电能质量。2煤矿供电线路数学模型如图1所示。图2矢量图由于LC／R很大，导致电动机两端的电压很高，C电流也很大，其接触器触头很可能因此而被烧损。事实证明，3次烧损的接触器都是304#，是控制同一台图1等效电路电动机的接触器。因此，我们推测，该电动机的电磁R、L串联电路是实际电动机的电路模型。

5、其中参数恰好与所投人的电容器产生了谐振，过大的电Is是电压型电源的等效电流。在此情况下，发生并联流造成了接触器烧损。为了避免此类事故的发生，必谐振的条件为：须采取防止谐振的措施。·5l·煤矿现代化2012年第5期总第110期率、无功功率、视在功率和平均功率因数。3无功补偿装置的设计将的表达式展开，有：3．1功率与功率因数的测量S=(JACi．A+【『BcrB不对称三相电路的数字化功率测量是一件极其复杂的工作，必须高度重视。在三相三线制电路中，=UAc(COSuAc+jsinUAc)IAcosIsinIA

6、)+UBc不论是否对称，三相功率可以使用两个功率表进行(COSuBc+jsinUBc)IBcos．jsinm)测量，称为二瓦计法，其接线方式如图3所示。=(UAcCOSu^cIAc0sIA+UAcsinuAcIAsinIA)+j(UAcsinuBCIAcosIA—UAcCOSUACIAsinIA)+(UBcc0sUACIBCOSlA+UBcsin4)UACIBsinlA)+j三●一相(UBcSintrscIBCOS负载IA-UBccosUACIBsinIA)=(UAcR水IAR+UAcx木IA)()+j

7、(UAcR水IAR+UAcx木IA)()+图3二瓦特法(UBcRIRR+UBO(1日)()+j(UBcRIBR十U呱*IBx)可以证明，图中两个功率表读数的代数和为三=【(UAcRIml+UAcxIAX)+(UBCR*I豫+UB0(IBx)】+j相三线制中右侧电路吸收的平均功率。设两个功率[(UAcR术IUAcx术IAx)+(UBcR半IBR十UBO【木IBx)]表的读数分别用P。、P表示，根据功率表的工作原因此，有功功率和无功功率分别可以通过电压、理，有：电流的实部、虚部进行计算：P=(UAcR木IA

8、R+UAcx卑lAx)+(UBcR宰IBR+U丰IRx)PI=Re[I)iA]Q=(uAcR木IAR+UAcx木IA)()+(UBcR斗=I腿+uBcx术IBx)从复视在功率的推导公式中继续运用三角函数P2=Re[UBcIB]的积化和差公式可得：P=Re[S]=UAcIACOS(u。。一I)+UBclBCoS所以：P1+P2=Re[1JACi*A+LIBci(Ubc-m)(1)因为：【J觚=tlA-tlQ=Im[S]=UAcIAsin(UA