基于DSP的磁控電抗器控制器的研究與設(shè)計

蔣　琳,王　波,舒秋艷（.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局,貴陽　55000;　.青島市恒順眾昇集團(tuán)股份有限公司,山東　青島　6608）

?

基于DSP的磁控電抗器控制器的研究與設(shè)計

蔣琳1,王波2,舒秋艷2
（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局,貴陽550001;2.青島市恒順眾昇集團(tuán)股份有限公司,山東青島266108）

摘 要：電力系統(tǒng)常采用并聯(lián)電容器-電抗器組等無源設(shè)備進(jìn)行無功補償并兼作濾波。但由于負(fù)載經(jīng)常處于變化之中,采用固定容量補償方式常常不能滿足要求。目前無功補償領(lǐng)域中磁控電抗器應(yīng)用逐漸廣泛推廣，這樣其控制系統(tǒng)顯得尤為重要。通過利用DSP和CPLD結(jié)合設(shè)計的磁控電抗器控制器，可以實現(xiàn)磁控電抗器感性無功的平滑調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康摹?/p>

關(guān)鍵詞：DSP；CPLD；磁控電抗器

0　引言

磁控電抗器控制器作為磁控電抗器調(diào)試、運行中的一個必要部件，在項目開發(fā)對前其安全可靠性做全面的考慮，結(jié)合電網(wǎng)運行的實際情況，分析得到應(yīng)輸入輸出的信號信息包括：（1）采集電網(wǎng)電壓、電流，計算電網(wǎng)有功功率、無功功率和功率因數(shù)及相關(guān)開關(guān)信息；（2）根據(jù)參數(shù)設(shè)定和實際檢測值自動閉環(huán)調(diào)節(jié)磁控電抗器移相觸發(fā)脈沖信號；（3）手動、開環(huán)調(diào)節(jié)磁控電抗器移相觸發(fā)脈沖信號；（4）控制液晶觸摸屏，實現(xiàn)人機界面；（5）與變電站綜保設(shè)備通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

1　控制系統(tǒng)原理

基于磁控電抗器的無功電壓綜合補償控制器原理，采集電壓、電流信號，計算系統(tǒng)的有功功率及無功功率，快速跟蹤電壓及無功功率的變化，動態(tài)地調(diào)節(jié)投入的補償電抗器容量，平衡無功及電壓。也就是說，控制器能自動檢測系統(tǒng)的電流、電壓，并能根據(jù)檢測量自動調(diào)整晶閘管移相觸發(fā)角的大小，進(jìn)而改變磁控電抗器輸出的感性容量。這樣，磁控電抗器就可以根據(jù)電壓和所需的無功，自動調(diào)節(jié)投入的補償電抗?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖1所示。

2　硬件電路設(shè)計

控制器硬件部分由8個獨立模塊組成，模塊間由母板連接?？刂破髑安繛橐壕в|摸屏，后部為各模塊的輸入輸出接口?？刂破饔布驁D如圖2所示：

（1）電量采集模塊1、2。電量采集模塊功能是將輸入的電壓、電流信號變換為-5～+5V正弦波信號、0～+12V方波信號。

（2）CPU模塊。A/D轉(zhuǎn)換部分是將-5～+5V正弦波信號變換為-2.5～+2.5V正弦波信號，送入AD轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再送入DSP芯片；輸入輸出部分是將CPLD芯片發(fā)出的觸發(fā)信號進(jìn)行隔離、功率放大，將輸入的開關(guān)信號進(jìn)行隔離再送入CPLD芯片；通信部分將DSP芯片收發(fā)的串行通信信號進(jìn)行隔離和電平變換，連接至輸出RS232端口與上位機通訊、與液晶屏通信端口通訊。

（3）光纖輸出模塊。光纖輸出模塊功能是將晶閘管移相觸發(fā)脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號輸出。

（4）開關(guān)量輸入輸出模塊。開關(guān)量輸入模塊是將輸入開關(guān)量通過繼電器隔離后，轉(zhuǎn)換為0～3.3V信號；開關(guān)量輸出模塊是將輸出開關(guān)量通過繼電器隔離后，轉(zhuǎn)換為機械觸點信號。

（5）工作電源模塊。工作電源模塊是將輸入的AC 220V電源（含地線）轉(zhuǎn)換為+5V、±12V、+24V工作電源。

（6）觸摸式液晶屏。觸摸式液晶屏可顯示和觸控，完成系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示和控制參數(shù)修改任務(wù)。

3　軟件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng) 的程序分為DSP軟件程 序和CPLD硬件程序兩部分，這兩部分程序結(jié)合起來共同完成了MCR控制 器的控制功能。

系統(tǒng)設(shè)計的 思路是DSP完成采樣、計算、控制、人機交互的工作，CPLD實現(xiàn)邏輯和時 序電路。圖3為程 序系統(tǒng)設(shè) 計示意圖。其控制過程為：（1）交流采樣 的系統(tǒng) 參數(shù)接入DSP中，判斷系統(tǒng)支行狀態(tài)，由CPLD發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)信號；（2）通過 計算得出 每相MCR的控制角；（3）DSP通過 總線發(fā)送控 制角到CPLD；（4）CPLD根據(jù)同步電壓信號，生成六路晶 閘管觸發(fā)信號；（5）DSP實現(xiàn)了通信、時鐘、鍵盤、顯示等功能；CPLD實現(xiàn)了鎖相 倍頻、鍵盤處理、開關(guān)量處理 等功能。

這里的數(shù)據(jù)采集、處理、控制算法等程序功能都在相應(yīng)的中斷處理程序得到實現(xiàn)。所以主程序主要是用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化和非實時事務(wù)的處理，具體包括以下幾個功能：進(jìn)行系統(tǒng)初始化、完成通訊報文處理、完成人機交互數(shù)據(jù)處理。

3.1控制原理及主要控制算法

本次設(shè)計的控制器采取了電壓無功綜合考慮的控制策略，即用戶可以只調(diào)無功或只調(diào)電壓，也可以電壓無功綜合調(diào)節(jié)。其交流采樣算法流程如圖4所示。

同步倍頻信號輸入到AD模塊的ADSOC控制口時，通過軟件設(shè)置，使同步倍頻信號每一次上升沿觸發(fā)一次AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動觸發(fā)AD中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序的流程圖如圖5所示。每采集一個周期的數(shù)據(jù)，執(zhí)行一次瞬時無功計算程序，計算出電網(wǎng)的電流、電壓、無功功率、有功功率、功率因數(shù)、視在功率，再取平均值，與設(shè)定值比較，其差值來控制觸發(fā)角，使檢測到的無功逼近設(shè)定值。程序里使用的一些子程序，如定點數(shù)正弦運算、定點數(shù)開平方、定點數(shù)余弦運算等，可以在DSP定點函數(shù)庫中得到。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

本次設(shè)計中主要的數(shù)據(jù)采集、處理、控制算法等程序功能都在相應(yīng)的中斷處理程序完成，主程序主要是用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化和非實時事務(wù)的處理，即完成系統(tǒng)初始化、通訊、人機交互數(shù)據(jù)處理等功能。

控制器開機后，主程序首先進(jìn)行DSP的初始化，然后進(jìn)入程序主循環(huán)，在主循環(huán)里，主要完成液晶屏顯示、鍵盤操作、通信等任務(wù)。

DSP主程序流程如圖6所示。

4　結(jié)語

本文通過對磁控電抗器的硬件與軟件設(shè)計的闡述，可以實現(xiàn)對磁控電抗器感性容量的平滑調(diào)節(jié)，達(dá)到無功補償?shù)哪康?。本系統(tǒng)采用DSP與CPLD相結(jié)合的控制方式，大大提高了運行效率，保證了設(shè)備運行速度，可以全自動在系統(tǒng)中運行，有效控制觸發(fā)導(dǎo)通角，進(jìn)而輸出系統(tǒng)所需的無功補償量。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓琳.基于可控電抗器的無功電壓綜合補償[D].武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文.

[2]高元楷.電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)整與控制[M].電力工程師手冊 電氣卷(上).中國電力出版社.

[3]胡銘,陳珩.有源濾波技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化.

[4]張皎,趙剛,湯廣福.超高壓大容量靜止無功補償器（SVC）裝置研制[J].四川電力技術(shù).

[5]彭軍.靜止無功補償器研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].四川電力技術(shù).

[6]四銘興,勵慶孚.磁飽和式和變壓器式可控并聯(lián)電抗器[J].高電壓技術(shù).

[7]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補償[M].機械工業(yè)出版社.

[8]司棟森.基于雙DSP的高壓無功補償裝置設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機信息.

[9]唐杰.靜止同步補償器電壓控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電工技術(shù)學(xué)報.

作者簡介：蔣琳（1968-）,女，高級工程師，從事電網(wǎng)運行控制技術(shù)管理工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.126