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基于DSP的静止同步补偿器软硬件设计

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1129 基于DSP的静止无功补偿系统设计

1129 基于DSP的静止无功补偿系统设计
Br = 2(π − α ) + sin 2α πωL
(1)
电容器提供的容性无功容量。TCR 能提供的感性无功 可由式(3)计算。TCR 的三相接线形式大都采用三角形 联接，因为这种形式比其他形式线电流中的谐波含量 要小。另外，实际工程中一般将每一相电抗分成两部 分，分别接在晶闸管对的两端。这样可以防止当电抗 器两端发生短路时，整个交流电压加到晶闸管上而导 致其损坏。 (2) Q c = 3U 2 B c = 3U 2ωC 2(π − α ) + sin 2α (3) Q L = 3U 2 B r = 3U 2 πωL TCR 的运行是会引起谐波电流的，通常需要给 SVC 系统安装无源滤波器组来尽量减少 SVC 对系统 的谐波电流注入。无源滤波器是由滤波电容器、电抗 器和电阻器适当组合的滤波装置， 与 TCR 并联起到滤 波作用。图 3 中的滤波器为单调谐滤波器，滤波器对 n 次谐波的阻抗为 1 (4) Z fn = R fn + j nωs L − nω C s 单调谐滤波器利用 L、C 谐振原理构成，当 L、C 满足式(5)时， 滤波器的对 n 次谐波的阻抗会非常小， n 次谐波大部分流入滤波器，从而达到滤除该次谐波的 目的。 1 (5) n= ωs LC 控制系统采用了以 TI 公司的 TMS320F2812 为核 心的一块 DSP 板，F2812 的工作主频为 150Mhz，完 全能满足 SVC 的实时控制要求。该电路板还外扩了 1 6 位 12 路同时采样， 每通道转换速率为 250KSPS 的 A D，以保证所采集电压电流信号的精度和速度。此外 还外扩了 4 通道 16 位的 DA 用来给脉冲触发板提供触 发角信号，对于平衡性负载只需要其中 1 个通道就可 以满足要求，对于不平衡负载则需要分相调节，此时 就需要 3 个通道。 外扩 4M 的 Flash 可为程序代码预留 出足够的空间， 而外扩的 256K 的 RAM 则可以提高代 码的运行效率。此外还有键盘和液晶显示，方便人机 界面的设计。作为一个完整的设备，SVC 除了主电路 和控制系统以外，还要具有监测、散热、保护等子系 统才能正常工作。 TCR 脉冲触发板采用模拟电路和 CPLD 来实现， 接收 DSP 控制板 DA 出来的 4V 到 6V 模拟电压信号， 发出对应触发角为 90°到 180°的脉冲信号。TCR 脉 冲触发板的同步信号来自于图 3 中的电压互感器，此 外还要采集晶闸管的中的电流信号来实现过流保护。

基于定点DSP的静止无功补偿器[实用新型专利]

基于定点DSP的静止无功补偿器[实用新型专利]

专利名称：基于定点DSP的静止无功补偿器专利类型：实用新型专利
发明人：罗安,盘宏斌,陈栋,何伟,彭双剑,赵伟申请号：CN200720064003.7
申请日：20070731
公开号：CN201181845Y
公开日：
20090114
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种基于定点DSP的静止无功补偿器，包括DSP控制器、电流采样电路、电压采样电路、信号调理电路、光纤驱动电路、RS232/485电路、晶闸管投切电容器组、晶闸管控制线性电抗器，所述电流采样电路、电压采样电路的输入分别接三相电流、三相电压，电流采样电路、电压采样电路的输出接信号调理电路的输入，信号调理电路对采样信号进行调理再送到DSP控制器，DSP控制器对采样信号进行处理后输出TSC控制信号、TCR控制信号，TSC控制信号、TCR控制信号经信号调理电路调理后送到光纤驱动电路，再由光纤送到晶闸管投切电容器组、晶闸管控制线性电抗器。

本实用新型体积小，调节速度快，除了稳定电压和无功补偿外，还有抑制电压闪变和不平衡度等功能。

申请人：湖南大学
地址：410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号
国籍：CN
代理机构：长沙市融智专利事务所
代理人：颜昌伟
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基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验

基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验

收稿日期:2005-08-31基金项目:国家“863”计划项目(2004AA001032)作者简介:李王君(1981—),女,湖南涟源人,硕士生,研究方向:控制理论,工业过程智能和优化控制等(E -mail :Ljun @hotmail.fr );王加阳(1965—),男,湖南长沙人,教授,研究方向:多媒体、技术及网络数据库。

文章编号:1003-6199(2006)02-0008-04基于DSP 的双CPU 冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验李　王君1,王加阳1,罗　安2,唐　杰2(1.中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙　410083;2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙　410082)摘　要:结合Kvar 静止同步补偿器的研制,介绍一种STA TCOM 装置的拓扑结构及其基于DSP 的双CPU 冗余控制系统的软硬件设计,提出一种基于变结构神经网络模糊控制的内环控制和PI 外环控制的双闭环控制结构,试验确定了逆变器的开关频率,试验模拟冲击负载下的单负荷-无穷大系统中STA TCOM 及其控制系统对系统无功功率的补偿效果,结果表明该装置能够维持负载母线电压的稳定性。

关键词:静止同步补偿器;冗余;变结构;开关频率中图分类号:TM711 文献标识码:AThe Design of a STATCOM Controlling System with R edundantCPU Using Two DSP and Its Dynamic ExperimentL I J un 1,WAN G Jia 2yang 1,L UO An 2,TAN G Jie 2(1.College of Information Science and Engineering ,Central S outh University ,Changsha 410083,China ;2.College of Electrical and Information Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China ) Abstract :Combined with the development of a Kvar STA TCOM equipment based on IG B T power module ,One kind of thedevelopment scheme is offered .as well as its hardware structure based on DSP with redundant CPU and desi g n of control software for the apparatus.It puts forward a non -linear controller with a PI external -rin g controller and an inner -ring controller using variable structure neural network fuzzy control algorithm model.At the end the results of dynamic experiment are given ,which confirm the switching frequency and the performance of this equipment.K ey w ords :STA TCOM ;redundant ;variable structure ;switching frequency1　引言STA TCOM 作为一种新型动态无功补偿装置,是灵活交流输电系统(FACTS )中的一种重要设备,它通过采用由电力电子装置构成的控制器,动态灵活的控制系统的无功能量,从而改善电力系统的可控性并提高其输电能力[1,2]。

基于DSP的静止同步补偿器脉冲发生器及控制器的设计_栗春

基于DSP的静止同步补偿器脉冲发生器及控制器的设计_栗春

基于DSP 的静止同步补偿器脉冲发生器及控制器的设计栗　春　高　辉　石建民　姜齐荣(清华大学电机工程系　100084　北京)摘　要　介绍了基于数字信号处理器(DSP)的静止同步补偿器(STAT COM )高精度脉冲发生器及其控制器的设计及动模实验测试结果。

电压源逆变的多重化合成是ST AT COM 的核心概念,而精确驱动脉冲的产生又是其中的关键技术,采用数字信号处理器TM S 320C 31设计了精度高、相位抖动小、稳定性好的ST ATCOM 脉冲发生器和控制器,在±10kvar STAT COM 动模装置上的运行表明该方案可以满足工程要求。

关键词　静止同步补偿器　脉冲发生器　数字信号处理器分类号　TM 7611998-09-28收稿。

0　引言静止同步补偿器(STAT COM )是一种可以连续光滑调节电力系统无功功率的并联型灵活交流输电系统设备,目前用于配电系统的中等容量的STAT COM 已有商业化产品。

我国首台±20M var STAT COM 即将投运,其中控制器和脉冲发生器是STAT COM 的重要组成部分,前者根据用户参考设定和系统运行状态确定STAT COM 应输出的无功电流;后者则执行前者的指令,向逆变器发出触发信号。

它们的性能将直接影响ST ATCOM 输出电流的质量,从而影响用户端电压质量。

例如,脉冲发生器输出脉冲最小分度的精度不够时会使无功调节不够光滑,对系统造成一定的冲击;脉冲对称度或相对相位不精确时,则会导致装置输出电流谐波含量增加;由于ST ATCOM 时间常数很小(一般小于10ms),控制器的运算速度和精度更是直接关系到整个系统运行的性能。

以前基于单片机的脉冲发生装置由于处理器指令执行时间太长(例如若8098主频为12MH z,指令的执行时间是在1L s ～5L s 间,相当于工频0.02°～0.1°),必然难以保证脉冲精度,受相位抖动的影响也较显著[1]。

基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验

基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验

基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及
其动模试验
李珺;王加阳;罗安;唐杰
【期刊名称】《计算技术与自动化》
【年(卷),期】2006(025)002
【摘要】结合Kvar静止同步补偿器的研制,介绍一种STATCOM装置的拓扑结构及其基于DSP的双CPU冗余控制系统的软硬件设计,提出一种基于变结构神经网络模糊控制的内环控制和PI外环控制的双闭环控制结构,试验确定了逆变器的开关频率,试验模拟冲击负载下的单负荷-无穷大系统中ATATCOM及其控制系统对系统无功功率的补偿效果,结果表明该装置能够维持负载母线电压的稳定性.
【总页数】4页(P8-11)
【作者】李珺;王加阳;罗安;唐杰
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;湖南大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TM711
【相关文献】
1.链式静止同步补偿器控制系统的研究与设计 [J], 魏丽君;谢永超
2.基于DSP的静止同步补偿器软硬件设计 [J], 欧剑波;罗安;唐杰;荣飞
3.一种基于48脉波电压源逆变器的静止同步串联补偿器及其控制系统的设计与建模(上) [J], 王庆红;胡国根
4.一种基于48脉波电压源逆变器的静止同步串联补偿器及其控制系统的设计与建模(下) [J], 张颖;胡国根
5.静止同步补偿器控制系统的设计与实现 [J], 张青林
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基于DSP的静态无功补偿器的设计

基于DSP的静态无功补偿器的设计
《 工业控制计算机／ ２ ０ １ ３年 第 ２ ６卷第 ３期
１ ２ ３
基于 Ｄ Ｓ Ｐ的静态无功补偿器的设计
吕珊 珊 朱利 强 （ 永城职业学院， 河南 永城 ４ ７ ６ ６ ０ ０ ）
摘 要
研 究 并 设 计 了基 于 Ｄ Ｓ Ｐ的 Ｔ Ｃ Ｒ＋ Ｆ Ｃ 型无功补偿装 置控制 器， Ｔ Ｃ Ｒ 型 动 态 无 功 补 偿 装 置 中触 发 控 制 角 的 计 算 精 度 直
接 影 响 无 功补 偿 的 效 果 。设 计 的控 制 器 以 Ｔ ＭＳ ３ ２ ＯＦ ２ １ ８ ２ Ｄ Ｓ Ｐ芯 片 为核 心 ， 加 上 检 测 电路 （ 包括 采样 电路 、 调 理 电路 、 锁 相
环等 ） 和 其 它外 围控 制 和 驱 动 电路 构 成 。 设 计 一 套 低 压 Ｔ ＣＲ ＋ Ｆ Ｃ 系统 ， 设计完整的软、 硬件 系统。 关键词 ； Ｔ Ｃ Ｒ ， Ｄ Ｓ Ｐ ， 静 止 型 动 态无 功 补 偿 装 置 静止型动态无功补偿装置 （ Ｓ Ｖ Ｃ） 是２ ０世 纪 ７ ０年代 末 发 展 起 来 的一 种 并 联 无 功 补 偿 装 置 ，广 泛 应 用 在 国 内外 的输 配 电 系 的调 节 方式 ， 检 测 负荷 电流 、 电 压等 参 数 作 为 输入 信 号 ， 用 以改 变 晶闸 管 的控 制 角 ， 从 而 控 制 补偿 器 向系 统提 供 的 容性 无 功 。 本 系 统 测 量 ６路 电 压 、 电流信号 ， 最 终 目标 是 要 产 生 Ｔ ＣＲ
—
锁 卡 日 倍 频ｈ
Ｅ ＶＢ Ｐ Ｗ Ｍ １２
－
Ｔ ＣＲ ＋ Ｆ Ｃ型 Ｓ Ｖ Ｃ一般 由 Ｔ ＣＲ 、 滤波器 （ Ｆ Ｃ） 及 控 制 系 统 组

基于DSP的TCR+FC型静止无功补偿系统控制部分的设计


（ Ｔ ｈ ｅ ７ ２ ２ ｔ ｈ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＣ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｅ ｄ ｐ ａ ｎ ｓ ： ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ ’ Ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ
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随 着 我 国 国 民 经 济 的飞 速 发 展 ，电 网 规 模 的 逐 渐 增 大 ， 工业 电弧炉 、 轧 钢机 、 电力 机 车 等 冲 击 性 负 荷 在 工 业 应 用 领
置 。Ｓ Ｖ Ｃ 最 基 本 的 两 种 类 型 结 构 为 晶 闸 管 相 控 电 抗 器 型 （ Ｔ Ｃ Ｒ） 和 晶闸 管投切 电容器 型 （ Ｔ Ｓ Ｃ ） ， Ｔ Ｃ Ｒ和 ｒ Ｉ ’ ｓ Ｃ 可 以相 互 之 间组 成 Ｔ Ｃ Ｒ＋ Ｔ Ｓ Ｃ， 或者 与 Ｆ Ｃ（ Ｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ Ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ 滤 波 电容 ） 组成 Ｔ Ｃ Ｒ ＋ Ｆ Ｃ和 Ｔ Ｃ Ｒ ＋ Ｔ Ｓ Ｃ ＋ Ｆ Ｃ等混合型结构 。 对 于 负 载 补 偿 绝大 多 数采 用 Ｔ Ｃ Ｒ＋ Ｆ Ｃ型【 ２ ＿ 。本 文 描 述 的 系 统 选 用 的 是 Ｔ Ｃ Ｒ ＋ Ｆ Ｃ型 Ｓ Ｖ Ｃ结 构 。 通过调节 Ｔ Ｃ Ｒ 的 晶 闸管 ． 来控制电流、 电压的相位 ， 平 衡 电 网 系统 中 的容 性 ， 使 电 网 系 统 达 到平 衡 。

基于DSP的静止同步补偿器软硬件设计

Ｔ ｅ Ｓ ＡＴ ＯＭ ａ ｅ ｎ ｓ ｃ ｔｏ ａ ｅ ｎ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｆ ｔｒ ｏ． ｈ ｅｅ ｔ ｇ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｈ ｈ Ｔ Ｃ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｈ ｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｂ ｅ ｐ ｌ ｎ ａ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｌ ｆ ｅ ｄ ｔｃｉ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ａ ｏ Ｔ ｎ ｅ ｓ Ｓ ＡＴ ＯＭ ｅｓｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｆｔｅ ｄ ｓ ｎ ａ ｄ ｔｅ ｒ ａ ｔ ｅｐ ｗ ｒｃ ｍｐ ｎ ａｉｎ ｅ ｅ ｔ ｓｏ ｖｏ ｓ Ｔ Ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｒ ｅ ｎ ｅ ｉ ｎ ｈ ｅ ｃｉ ｏ ｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｆ ｃ ｂ ｉ ｕ ． ｏ ｈ ｇ ｖ ｏ ｉ
ｍｅｈ ｄ ｏ ｈ Ｔ Ｃ ｔｏ ｆ ｔｅ Ｓ ＡＴ ＯＭ ａ ｅ ｎ ＤＳ ． ｒ ｅ ｏ ｓａ ｉ ｚ ｈ Ｃ ｏ ｔｇ ｒ ｕ ｄ ａ ｐ ｅ ｃ ｉ ｅ ａ ｕ ， ｅ ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｐ Ｉ ｏ ｄ ｒ ｔ ｔｂ ｌ ｅ ｔｅ Ｐ Ｃ ｖ ｌ ｅ ａ ｏ ｎ ｒ ｓ ｒ ｄ ｖ ｌ ｅ ｔ ｈ ｅ ・ ｅ ｎ ｉ ａ ｂ ｈ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｒｏ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｂ ｉ ｇ ｆｔ ｅｅ ｕｐ ｎ ｎ ｍａｎ ｃ ｒ ｕｔ ｓｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｐ ｗ ｒｎ ｔ ｔ ｏ ｐ ｉ ｇ ｔ ｎ ｆ ｒ ｒ ｈ ｏ ｖ ｒ ｆｔ ｅ ｈ ｓ ｒ ｅ ｏ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｉ ｉ ｉ ｗａ ｏ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｅ ｅ ｈ ｃ ｕ ｌ ａ ｓｏ ｍｅ ． ｅ ｅ ｈ ｄ ｈ ｉ ｃ ｄ ｗｉ ｎ ｒ Ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｆ ｅ ｃｉｅ ｐ ｗｅ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｔｅ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｏ ｗ ｒ ｎ ａｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｃ ｒห้องสมุดไป่ตู้ｉ ｇ ｔ ｅ ｕｒ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｏ ｒｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ，ｈ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｓａ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｄ ｈ ｒ ｗａ ｄ ｓｇ ｏｒ ｖ ｏ ｔ ｅ

基于DSP低压静止同步补偿器的研究的开题报告

基于DSP低压静止同步补偿器的研究的开题报告一、选题背景与意义随着电力系统的发展，电力负荷和电力质量的要求越来越高。

同时，电力系统中存在的负载不平衡、谐波污染、瞬态扰动等问题，也越来越严重。

为了保证电力质量和经济安全运行，静止同步补偿器（STATCOM）被广泛应用。

然而，传统的STATCOM存在着转子、绕组和滤波电容等部件的耗损问题，同时占用大量场地，成本也较高。

为了克服这些缺点，低压静止同步补偿器（LV-SSTATCOM）应运而生。

LV-SSTATCOM不仅具有较小的体积和成本，而且能够消除谐波、改善电力质量，提高电力系统的稳定性和安全性。

为了进一步提高LV-SSTATCOM的控制和性能，基于DSP的控制方式逐渐被应用。

一方面，基于DSP的控制方式可以实现实时高精度的控制和保护；另一方面，DSP控制芯片具有较高的计算性能和可编程性，可以方便地实现降低谐波水平、提高效率等功能。

因此，基于DSP的低压静止同步补偿器的研究具有重要意义。

二、研究目的和意义本研究旨在探究基于DSP的低压静止同步补偿器的控制和应用技术，重点研究以下问题：1.设计并实现LV-SSTATCOM的DSP控制系统，包括控制算法和硬件实现。

2.验证LV-SSTATCOM的控制和性能特点，实现电力系统的优化和稳定化运行。

3.在实际应用中，将LV-SSTATCOM应用于供电系统，提高电力质量和经济性。

通过本研究，可以得到以下意义：1.为电力系统中的稳定性和电力质量提供有效的解决方案，提高电力系统的可靠性。

2.基于DSP的控制方式具有高效性和可靠性，为电力系统的智能化发展提供技术支持。

3.本研究的成果对于促进我国电力行业的发展具有一定的推动作用。

三、研究方法本研究采用以下研究方法：1. 了解LV-SSTATCOM的基本原理和控制技术，分析其优缺点和发展趋势。

2. 设计LV-SSTATCOM的DSP控制系统，并进行仿真验证和实验测试，优化控制参数。

基于双DSP结构的配电网静止同步补偿器设计

基于双DSP结构的配电网静止同步补偿器设计
李平;武建文;张之昊;刘守明;史宏伟
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2015(51)9
【摘要】笔者设计了一种基于双DSP结构的三相四线制配电网静止同步补偿器(D-STATCOM),一个DSP负责采样、核心算法、SVPWM输出,另一个DSP负责外围监控与通讯,减小了处理器各自的负担,提高了实时响应速度。

同时双DSP均具有保护功能,实现了保护功能的冗余设计,增加了设备运行的可靠性。

通过dq变换,得到电网所需的无功电流,采用前馈解耦控制,实现了对无功电流的无稳态误差补偿;通过采样、三角波载波、PWM输出方式,实现了对零线电流的跟踪补偿。

最后通过MATLAB仿真和50 kvar样机试验,得到了仿真和实验的数据及波形,验证了文中提出的基于双DSP结构的配电网静止同步补偿器设计的可行性,具有一定的实用价值。

【总页数】6页(P28-33)
【关键词】双DSP;静止同步补偿器;冗余设计;无功补偿;零线电流补偿
【作者】李平;武建文;张之昊;刘守明;史宏伟
【作者单位】北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院;河南电力公司周口供电公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM714.3
【相关文献】
1.基于DSP的静止同步补偿器软硬件设计
2.基于DSP的静止同步补偿器脉冲发生器及控制器的设计
3.基于DSP的双CPU冗余静止同步补偿器控制系统的设计及其动模试验
4.基于改进型ip-iq检测方法的配电网静止同步补偿器及其控制器的设计
5.一种基于消弧线圈和静止同步补偿器协同作用的配电网消弧结构与方法
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卷第Ｖｏｌ．４２第４２２期２００８年２月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｎｏ．２Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２００８基金项目：国家“８６３”计划资助项目（２００４ＡＡ００１０３２）定稿日期：２００７－１０－０８作者简介：欧剑波（１９８２－），男，湖南永州人，硕士研究生，研究方向为电网谐波有源治理和静止同步补偿器。

１引言静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）由于能有效地补偿无功功率，抑制电压波动和闪变［１－２］，近年来已成为电能质量控制技术领域的研究热点［３－５］。

文章以补偿配电网的无功为目的，提出了基于ＤＳＰ的ＳＴＡＴＣＯＭ软硬件设计方法。

实验结果表明，基于该设计方法的ＳＴＡＴＣＯＭ装置无功补偿效果优良，能维持公共连接点电压稳定在给定值附近，具有较好的工程推广应用前景。

２工作原理根据中低压配电网无功功率补偿的要求，设计了图１所示的ＳＴＡＴＣＯＭ。

控制目标是维持公共连接点（ＰＣＣ）电压ｕＰＣＣ稳定在给定值附近，同时使ＳＴＡＴＣＯＭ直流侧电容电压Ｕｄｃ不变，以提高装置的响应速度。

如图２直接电流控制方法原理所示，ＰＣＣ电压指令值ｕ＊ＰＣＣ与实际测量值ｕＰＣＣ的误差经ＰＩ调节后形成无功指令电流信号ｉｑ＊；直流侧电容电压指令值Ｕｄｃ＊与实际测量值Ｕｄｃ的误差经ＰＩ调节后形成有功指令电流信号ｉｄ＊。

逆变器输出电流经ａ，ｂ，ｃ／ｄ，ｑ，０变换后得到无功电流即ｑ轴电流ｉｑ和有功电流即ｄ轴电流ｉｄ。

逆变器输出的ｉｑ，ｉｄ分别与其指令信号作差值，经ＰＩ调节后再通过ｄ，ｑ，０／ａ，ｂ，ｃ变换后得到调制信号。

调制信号经三角载波调制后产生ＰＷＭ驱动信号，去控制ＩＰＭ模块的动作，产生需要的补偿电流，从而达到维持Ｕｄｃ和ｕＰＣＣ恒定的目的。

基于ＤＳＰ的静止同步补偿器软硬件设计欧剑波１，２，罗安１，唐杰１，荣飞１（１．湖南大学，湖南长沙４１００８２；２．空军雷达学院，湖北武汉４３００１９）摘要：根据配电网无功功率补偿的工程要求，提出了一种基于ＤＳＰ的静止同步补偿器（ＳＴＡＴＣＯＭ）软硬件设计方法。

所采用的方案是将三相电压型逆变器输出的电压经输出滤波器滤波后通过耦合变压器并入电网，在直接电流控制方式下达到维持公共连接点（ＰＣＣ）电压恒定的目的。

重点介绍了基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ的ＳＴＡＴＣＯＭ装置控制器的研制，给出了ＤＳＰ控制器中锁相环同步采样电路、ＰＷＭ脉冲发生及硬件互锁电路、ＩＰＭ模块驱动电路等关键硬件电路的详细设计方法，并且设计出了ＳＴＡＴＣＯＭ系统的软件功能模块。

实验结果表明，基于该设计方法的ＳＴＡＴＣＯＭ装置能维持公共连接点电压稳定在给定值附近，有着较好的无功功率补偿效果。

关键词：电网；无功功率补偿；滤波／数字信号处理器中图分类号：ＴＭ７６１；ＴＭ７１４．３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１００Ｘ（２００８）０２－０００６－０３ＳｏｆｔｗａｒｅａｎｄＨａｒｄｗａｒｅＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＳＴＡＴＣＯＭｂａｓｅｄｏｎＤＳＰＯＵＪｉａｎ－ｂｏ１，２，ＬＵＯＡｎ１，ＴＡＮＧＪｉｅ１，ＲＯＮＧＦｅｉ１（１．ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｉｒＦｏｒｃｅＲａｄａｒＡｃａｄｅｍｙ，Ｗｕｈａｎ４３００１９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅＳＴＡＴＣＯＭｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅＰＣＣｖｏｌｔａｇｅａｒｏｕｎｄａｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄｖａｌｕｅ，ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｂｒｉｄｇｅｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｐｏｗｅｒｎｅｔｗｉｔｈｃｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．ＴｈｅｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｓｏｎｔｈｅＳＴＡＴＣＯＭｂａｓｅｄｏｎＤＳＰ（ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７），ａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅＳＴＡＴＣＯＭｂａｓｅｄｏｎｓｕｃｈｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆｌａｔｒｏｏｆ．ＴｈｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＳＴＡＴＣＯＭｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ；ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｆｉｌｔｅｒ／ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔ：Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙ８６３ＰｒｏｇｒａｍｏｆＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２００４ＡＡ００１０３２）图１ＳＴＡＴＣＯＭ系统结构图２控制系统原理图６３硬件设计控制器是ＳＴＡＴＣＯＭ的核心，它主要由ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ及其外围电路组成。

其硬件结构如图３所示。

图３控制器硬件结构该控制控制器主要功能是检测补偿电流、产生与电网的同步信号和控制信号，实现ＰＷＭ调制，以及与上位机的数据通讯等，其主要作用是与硬件设备交互，控制逆变器开关，使之输出期望的电流。

３．１锁相环同步采样电路设计电网的频率存在一定变化，如果ＤＳＰ对电网信号采集的Ｎ个等间隔样本点并不恰好均匀地落在电网的一个整周波内，将会造成测量误差。

采用锁相环频率倍增技术可以控制采样的定时和速率，从而用硬件保证采样的同步性，从根本上消除因采样不同步造成的误差。

图４示出锁相环同步采样电路。

图４锁相环同步采样电路过零检测和硬件倍频模块主要配合Ａ／Ｄ采样模块开始采样触发信号，以保证在每个工频周期，Ａ／Ｄ采样模块ＭＡＸ１２５能够接收到１２８个触发脉冲，即在每个工频周期中能够采样１２８个点，而且保证ＳＴＡＴＣＯＭ每次都在电网电流过零时刻发出补偿电流，以确保相角的正确，防止误补偿。

３．１．１过零检测模块设计电压过零检测电路是为获得ＰＣＣ中Ａ相电压的过零点而设计的，目的是在过零时刻发出ＰＷＭ调制信号，保持补偿电流的相位同步。

图５是具体电路。

图５电压过零检测电路图中入口信号为Ａ相电压经过了一级电压互感器（ＰＴ）之后的标准１００Ｖ交流信号，然后经过电路中的二级ＰＴ转换为５Ｖ交流信号，最后经过Π型滤波电路，两极稳压管将输入运放ＬＭ３９３的电压箝位在－０．７￣＋０．７Ｖ之间，输入电流为零，满足ＬＭ３９３灌电流最大值２５ｎＡ的技术指标。

３．１．２锁相环硬件倍频模块设计锁相环（ＰＬＬ）硬件倍频模块保证Ａ／Ｄ采样模块ＭＡＸ１２５能够在每个工频周期采样１２８个点。

具体做法是将５０Ｈｚ工频信号倍频成６．４ｋＨｚ的方波信号，以此来启动Ａ／Ｄ采样芯片，达到每周波（２０ｍｓ）均匀采样１２８点的要求。

具体电路如图６所示。

与非门７４ＬＳ００和Ｒ５，Ｒ４构成积分型单稳态触发器，对压控振荡器的输出进行整形，以满足启动Ａ／Ｄ和控制采样保持器的需要。

图６ＰＬＬ硬件倍频电路３．１．３Ａ／Ｄ采样模块设计如图７所示，Ａ／Ｄ采样模块采用两片ＭＡＸ１２５芯片，其精度为１４ｂｉｔ，每个通道的转换时间为３"ｓ，可满足电流电压采样精度要求。

两片ＭＡＸ１２５有８个通道供同时采样，保证三相电流电压的零相位延时采样。

由ＭＡＸ１２５中的ＣＯＮＶＳＴ引脚上的脉冲上升沿启动采样，Ｔ／Ｈ放大器保持输入电压，同时片内的时序发生器控制指定的通道按顺序进行转换。

转换结果以补码形式储存在片内的１４×４ＲＡＭ中，中断信号ＩＮＴ总是在最后一次转换结束后才变成有效。

因此，在ＩＮＴ到来时，可通过连续对ＲＤ引脚施加读脉冲来依次读取ＲＡＭ中的结果。

图７Ａ／Ｄ采样硬件结构图３．２ＰＷＭ及硬件互锁延迟电路设计３．２．１ＰＷＭ电路设计ＳＴＡＴＣＯＭ控制器的输出信号为ＰＷＭ信号。

ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ的事件管理器包括３个全比较单元，只要设置相关的控制寄存器，即可方便地生成３对（６路）互补的ＰＷＭ波，用作逆变器的门极控制信号。

Ｆ２４０７Ａ的３个全比较单元以通用定时器Ｔ１基于ＤＳＰ的静止同步补偿器软硬件设计７卷第Ｖｏｌ．４２第４２２期２００８年２月电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｎｏ．２Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２００８作为它的时基，Ｔ１周期寄存器中的值决定了ＰＷＭ载波的频率，全比较单元的比较寄存器中的值决定了ＰＷＭ的脉宽。

双缓冲周期寄存器和比较寄存器可实时改变ＰＷＭ的载波频率和脉冲宽度。

３．２．２硬件互锁延迟电路设计突然断电或者上电时，为防止不确定的脉冲信号导致ＩＰＭ模块上下桥臂短路，设计了如图８ａ所示的硬件互锁延迟电路。

该电路由非门、与门、二极管、电阻和电容等组成。

为了使同一桥臂另一个ＩＧＢＴ的导通信号延迟一定时间，以避免桥臂直通短路，通过电阻和电容的配合设置了硬件死区，时间为１０!ｓ。

ＤＳＰ输出的脉冲信号为ｕＰ１，脉冲ｕＰ２与ｕＰ１反相，用来形成互补控制信号。

ｕＰ１经导通延迟处理后生成ｕＰ３，作为上桥臂ＩＧＢＴ基极控制信号，ｕＰ２经导通延迟处理后生成ｕＰ４，作为下桥臂ＩＧＢＴ基极控制信号。

３．３ＩＰＭ驱动电路设计ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７型ＤＳＰ输出６路ＰＷＭ控制脉冲，通过高速光隔缓冲后，输出到驱动电路控制端，作为ＩＧＢＴ模块的控制信号。

如图９所示，ＩＰＭ模块驱动电路设计采用的是两级快速光电隔离的结构。

一级光耦在主控制板中，二级光耦在与模块直接焊接的电路板上，提高了系统的可靠性。

采用两级光耦隔离不同电源控制系统之间的干扰，使ＩＰＭ模块和控制板均能正常工作。

４软件实现图１０示出系统软件的模块结构。

系统下位机的软件采用ＤＳＰ编程软件ＣＣ２０００实现，其具有强大的功能，是实现高精度、高速度算法的关键所在。

系统上位机的软件采用可视化软件Ｄｅｌｐｈｉ作为工具，在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下开发完成。

图１０ＳＴＡＴＣＯＭ系统软件功能模块５实验结果基于ＩＧＢＴ模块的±３００ｋＶＡＳＴＡＴＣＯＭ实验样机研制完成后，进行了有载调试，在３８０Ｖ电网中接入３０ｋＷ的电阻负载柜来模拟冲击无功负荷，同时记录冲击前后ＳＴＡＴＣＯＭ接入点电压值的变化情况。

图１１给出ＳＴＡＴＣＯＭ投运前后突加无功负荷过程中公共连接点电压ｕＰＣＣ实验波形。

图１１ＳＴＡＴＣＯＭ投运前后ｕＰＣＣ实验波形由图１１ａ中ＳＴＡＴＣＯＭ投运前ｕＰＣＣ波形可以看出，由于突加无功负荷，引起了ｕＰＣＣ暂降。