[發(fā)明專利]磁控電抗器控制器及其方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210077273.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN102646986A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李永寧;賈傳斌;于洪;李萬忠;林冬晧;孫英濤;周迎新;楊琦欣;仝瑞士
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東電力集團(tuán)公司濟(jì)南供電公司
• 主分類號(hào): H02J3/18
• 分類號(hào): H02J3/18;H02J13/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭華清

1.一種磁控電抗器控制器，它包括控制器模塊(5)，所述控制器模塊(5)為DSP+ARM架構(gòu)，所述DSP與ARM通過雙口RAM連接，控制器模塊(5)與模擬量模塊(1)和電信號(hào)輸出單元(3)分別連接；所述模擬量模塊(1)包括AD芯片，所述AD芯片與外部電網(wǎng)上設(shè)有的電壓采集裝置連接，所述控制器模塊(5)還與上位機(jī)(2)通訊，所述控制器模塊(5)、電信號(hào)輸出單元(3)分別與電源處理模塊(6)連接；所述電信號(hào)輸出單元(1)與磁控電抗器中的脈沖變壓器連接。

2.如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述DSP和ARM分別與電源處理模塊(6)連接；所述模擬量模塊(1)包括AD芯片，所述DSP輸入端與AD芯片連接，DSP輸出端與電信號(hào)輸出單元(3)連接，所述DSP還與時(shí)鐘芯片(7)和非易失性存儲(chǔ)器(8)連接，所述控制器模塊(5)中的ARM與上位機(jī)(2)通過串行或網(wǎng)口通訊。

3.如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述DSP與狀態(tài)指示燈(4)連接。

4.如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述電壓采集裝置為電壓互感器，所述AD芯片還與外部電網(wǎng)上設(shè)有的電流互感器連接。

5.如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述電信號(hào)輸出單元(1)包括絕緣膠木板，在絕緣膠木板設(shè)有接線柱，所述接線柱一端與DSP輸出引腳連接，另一端通過雙絞線或屏蔽線與磁控電抗器中的脈沖變壓器連接。

6.如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述DSP芯片為TMS320F28335；DSP處理器還連接JTAG芯片內(nèi)部測(cè)試接口；所述ARM芯片S3C2410A。

7.一種如權(quán)利要求1所述的磁控電抗器控制器控制方法，其特征是，它包括如下步驟

1)DSP通過電網(wǎng)的電壓傳感器、電流傳感器進(jìn)行交流采樣得到當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；所述電壓傳感器、電流傳感器對(duì)電網(wǎng)線路進(jìn)行線電壓和線電流采集，所述交流采樣中DSP中采用比較式數(shù)字濾波器和積分式數(shù)字濾波器兩種數(shù)字濾波器串聯(lián)聯(lián)合濾波方式；隨后對(duì)濾波后的線電壓和線電流的進(jìn)行數(shù)字鎖相倍頻采樣，通過AD轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序?qū)﹄娋W(wǎng)的線電壓有效值、線電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)各狀態(tài)量進(jìn)行計(jì)算；

2)通過與ARM連接的觸摸屏操作選擇電壓調(diào)整或功率因數(shù)調(diào)整兩種控制模式之一；采集的線電壓或線電流正弦信號(hào)通過過零比較得到同步信號(hào)，將過零點(diǎn)同步信號(hào)作為移相基準(zhǔn)；DSP計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻每相應(yīng)該輸出的移相角；所述控制程序包括基于DSP的閉環(huán)控制算法；

3)DSP根據(jù)計(jì)算的移相角度結(jié)合移相基準(zhǔn)，以及要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相，相應(yīng)生成單相或三相觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)信號(hào)，利用電信號(hào)脈沖驅(qū)動(dòng)其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，脈沖變壓器發(fā)出脈沖串保障磁閥式可控電抗器MCR上相應(yīng)的晶閘管可靠的激發(fā)；

所述數(shù)字鎖相倍頻采樣包括：

I)、DSP有捕獲模塊CAP獲取當(dāng)前信號(hào)頻率，根據(jù)需要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相對(duì)捕獲模塊CAP進(jìn)行取舍使用；所述電力系統(tǒng)頻率為所測(cè)線電壓的兩次正向過零點(diǎn)的時(shí)間差的倒數(shù)；任意一相線電壓的同步信號(hào)輸入到CAP1輸入口上，通過軟件配置，CAP1的硬件捕捉相鄰兩次跳變的時(shí)間，即周期T；從而頻率求為：f＝1/T，將其作為基波的電網(wǎng)線電壓信號(hào)頻率；通過線電壓信號(hào)頻率，同一相的線電流頻率同時(shí)得到；

Ii)、將采樣頻率設(shè)定為采集到的作為基波的電網(wǎng)線電壓或線電流信號(hào)頻率的128倍，需要分析的最高次諧波為32次，因此低通濾波器的截至頻率選為50×32＝3.2kHz，濾去32次以上的高次諧波，有效地防止采樣混疊現(xiàn)象；

Iii)、所述數(shù)字鎖相倍頻是由DSP編程實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閿?shù)字電路能夠?qū)崿F(xiàn)精確同步輸出，所以省略反饋環(huán)節(jié)，采用開環(huán)設(shè)計(jì)原理；此數(shù)字鎖相倍頻也稱之為同相倍頻；

當(dāng)同步倍頻信號(hào)輸入到AD模塊的ADSOC控制口上；通過軟件設(shè)置，使同步倍頻信號(hào)每一次上升沿觸發(fā)一次AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后自動(dòng)觸發(fā)AD中斷服務(wù)程序；中斷服務(wù)程序中存儲(chǔ)每一次采樣的結(jié)果，然后每128次采樣結(jié)束后進(jìn)行一次交流采樣計(jì)算，按各物理量的離散計(jì)算公式，計(jì)算出電網(wǎng)的線電壓、線電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)值，通過雙口RAM與ARM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為控制和顯示的輸入量；

所述閉環(huán)控制算法：控制器采取了兩種控制策略：用戶根據(jù)實(shí)際情況，通過觸摸屏操作選擇不同的控制模式；電壓調(diào)整控制模式和功率因數(shù)調(diào)整控制模式；電壓調(diào)整控制模式以電網(wǎng)電壓為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定在給定的工作電壓點(diǎn)上；功率因數(shù)調(diào)整控制模式以電網(wǎng)的功率因數(shù)為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網(wǎng)的功率因數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定的功率因數(shù)點(diǎn)上；根據(jù)控制原理，若以電壓為控制目標(biāo)，給定電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓負(fù)反饋；通過檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓U和給定參考電壓U_ref進(jìn)行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器計(jì)算出輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)電壓；

同樣，若要以功率因數(shù)調(diào)整控制模式，給定功率因數(shù)調(diào)節(jié)目標(biāo)值，引入電壓和電流反饋，計(jì)算出電網(wǎng)功率因數(shù)作為負(fù)反饋；通過檢測(cè)到的電網(wǎng)電壓u和電網(wǎng)電流i，然后計(jì)算出功率因數(shù)角和給定參考電壓進(jìn)行比較，其偏差輸入到PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；PI調(diào)節(jié)器計(jì)算出應(yīng)該輸出的移相控制角，通過觸發(fā)電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網(wǎng)功率因數(shù)；

兩種算法離散化后在DSP上實(shí)現(xiàn)；PI調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)與MCR本身的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)相適應(yīng)；

采集的線電壓或線電流正弦信號(hào)通過過零比較得到同步信號(hào)，將過零點(diǎn)同步信號(hào)作為移相基準(zhǔn)，DSP計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻每相應(yīng)該輸出的移相角度，DSP根據(jù)收到的移相角度和移相基準(zhǔn)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，為了可靠觸發(fā)晶閘管，針對(duì)脈沖變壓器采用對(duì)觸發(fā)脈沖進(jìn)行軟件同相載波細(xì)分成多個(gè)脈沖串的方法觸發(fā)。