图2 TCR+TSF控制系统结构图
TSF支路投切时间分析
TSF支路投切的关键在于晶闸管触发时刻的选取，研究表明，TSF支路最佳投切时间是晶闸管两端的电压为零的时刻。TSF支路要求在晶闸管电压过零点触发，在这里采用实时从电网电压取得同步信号来判断电压过零点，由软件算法实现。每一个周期采样128个点(根据DSP处理器的定时器产生采样周期，每个周期为156.25μs，即采样频率是6.4kHz)，对采样信号进行计算，找出峰值点(即晶闸管电压过零点)，投切适当组态的TSF支路。整个过程可分为2部分：电网电压频率的检测和峰值点的捕捉。
检测电网电压频率是为了保持和电网电压同步，减少实际电网频率波动引起的非同步采样产生的分析误差。在三相电路中，基波的频率应该为50Hz，但在实际情况中，频率不可能保持在50Hz，因此需要根据电网频率的变动，来相应地改变采样间隔，这样才能做到等间隔的采样和准确的测量[9]。要使采样间隔随电网频率的变动而实时调整，可先测得电网信号周期，然后根据每周期采样点数N，计算出每次采样间隔Ts，以Ts作为采样步长，完成等时间间隔采样。为实现这一过程，经过零检测电路将电压采样信号整形成方波，送到TMS320F2812的捕获引脚CAP1，捕获单元1对方波的上升沿进行捕获，通过测量两次跳变的时间间隔即可获得信号周期T，从而得到信号频率。设采样点数为N，可得采样间隔，以Ts作为下一周期的采样间隔，完成跟踪采样。此外，将信号进行128倍频形成的高频脉冲列作为ADC启动信号，以使得采样数据更为精确。图3所示是过零检测电路。
图3 过零检测电路
它实际上是一个由LM339组成的电压比较器，当供电电压为3.3V时能输出0～3.3V的同步方波，该方波连接DSP的CAP1引脚，经捕捉模块1处理可实现对电网电压频率的实时跟踪。通过对128个采样点的计算比较，找出其中的最大值点，即为系统信号峰值点，在峰值点投切适当组态的TSF支路。每过一个基频周期在峰值点投切时，再根据电网电压频率值对峰值点进行修正，这样可以保证投切峰值点和电网电压一直保持同步。
本文对TCR+TSF型混合无功补偿及滤波方案的结构、工作原理和控制系统做了介绍，TCR+TSF同时具有 TCR和 TSF的优点，能够有效地实现无功补偿和谐波抑制的功能，解决电压波动和谐波电流大的问题，是一种比较理想的改善煤矿供电系统电能质量的方案。仿真结果表明，TCR+TSF型混合无功补偿及滤波方案能够满足矿井提升机的无功需求，有效抑制谐波，提高了电网功率因数，在煤矿供电系统中有广阔的应用前景。
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