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文档简介

1、2006年第4期仪表技术11基于DSP的低压无功自动补偿控制器的研究与设计康文利,李娟,刘洪伟,张雄华(1.华北电力大学机械工程学院,河北保定071003;2.华北电力大学动力工程学院,河北保定071003)摘要:提出一种采用DSP芯片作为控制核心的控制器,它能自动跟踪检测电网的无功功率和电压,实现无功功率的动态快速补偿,同时,完成对低压电网的配电监测,谐波治理和电能计量等多种功能。关键词:低压无功补偿;数字信号处理;谐波治理;功率因数中图分类号:TM761文献标识码:B文章编号:1006-2394(2006)04-0011-022DesignofLow2voltageReactivePowe

2、rCompensationControllerBasedonDSPKANGWen2li,LIJuan,LIUHong2wei,ZHANGXiong2hua2(1.MechanicalEngineeringSchool,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China;2.PowerEngineeringSchool,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)Abstract:Bycomparingandanalyzingdifferentexistinglow2volta

3、gereactivepowercompensationcontrollers,anewlow2voltagereactivepowercompensationcontrollerbasedonDSPisproposed.Thiscontrollercansurveytheworklesspowerandvoltageautomaticallyandachievethefunctionssuchasquickcompensationofworklesspower,supervisionofthelow2voltagegrid,harmoniccontrol,electricitycalculat

4、ionandsoon.Keywords:lowvoltageworklesscompensation;DSP;harmoniccontrol;powerfactor1块,开关量输出模块,。整个控制器的硬件结构原理图如图1所示。图1控制器硬件结构原理图1.1模拟信号输入处理模块此模块包括电压电流信号形成回路、信号放大电路、电平提升电路、滤波电路。其作用是将电压互感器和电流互感器二次输出的电压、电流模拟量经过上述环节处理成大小与输入量成正比、相位不失真的模拟量,输入到DSP的A/D转换通道进行采样,将其转化为计算机能接受与识别的数字量。此处选用的是电压互感器SPT204A和电流互感,2mA,额定输

5、出电流为2mA,使用时要将电压信号转变电流信号,调整限流电阻的值,使额定输入电流接近2mA。SCT254AK是一款精密电流互感器,输入额定电流为5mA,额定输出电流为2.5mA。由于TMS320LF2407的A/D输入的电压范围为03.3V,因此系统输入的信号需经过电平提升后方可进行测量,电平提升电路由加法电路构成。1.2中央控制单元模块本系统采用TI公司的TMS320LF2407作为主控制器,该芯片是TMS320C2000平台下的一种定点DSP芯片,是一款专为控制设计的单片机。处理速度快,达到30MIPS,在晶振频率为20MHz时,计算一次64点s,是一种特别适合于处理谐的FFT运算用时只有

6、6波分析中经常用到的数字滤波和傅里叶变换等运算的微处理器。其供电电压为3.3V,减小了控制器的功耗;片内有高达32K字的FLASH程序存储器,高达1.5K的数据/程序RAM,544字双口RAM,和2K字单口RAM;两个事件管理器模块EVA和EVB;高性能的10位模数转换器的转换时间为500ns,提供多达16路的模拟输入;自动看门狗电路等等。根据采样定理,采用FFT测量谐波,若要准确测n量2(n=1,2,3)次谐波,则每周波采样点数应最少n+1为2个点。若系统的采样频率为3200Hz,可准确测收稿日期:2006-03作者简介:康文利(1961),女,副教授,硕士,主要从事计算机辅助设计与制造、先

7、进制造技术的教学与科研工作。© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 12仪表技术2006年第4期量32次谐波量。由互感器得到的电压电流信号调整到DSP的输入范围之内,再经抗混叠滤波电路滤波,输入到DSP的A/D转换器中进行采样和模数转换。抗混叠滤波电路的作用是把电力系统的信号进行低通滤波,滤除高频分量,使输入DSP进行处理的信号满足奈奎斯特采样定律的要求,消除混叠现象,提高FFT的运算精度。1.3开关量输出模块本系统采用过零触发电路,用过零触发芯片MOC3

8、083控制双向晶闸管,避免了在补偿电容器的投入与切除过程中产生的涌流冲击现象。其示意原理图如图2所示。图3控制器通讯电路流的值计算系统无功功率,并与用户设定的投入门限、切除门限相比较,再考虑系统电压幅值情况确定电容器组的投切,投入时刻选择在电容器电压与电网电压极性相同,峰值相同的时刻。按照“在保证电压不越限的前提下,使变压器从系统中吸收的无功最小”的原则对电容器组进行控制,能有效改善电压质量,提高功率因数,降低网络损耗。其程序框图如图4所示。图2晶闸管无触两MOC3083过零触发器时晶闸管两端电压为零,这时过零触发器可输出触发信号,触发对应的晶闸管导通,电容器便投入运行。晶闸管导通后两端电压接

9、近为零,只要DSP输出的投入信号存在,过零触发器就一直有触发信号输出,保证了晶闸管可靠导通。当DSP输出的投入信号撤消时,便停发触发信号,晶闸管则在电流过零时关断,直到DSP下次发出投入指令才选择电压过零点重新投入。1.4通讯模块及人机交互模块通讯电路模块采用驱动芯片MAX232,采用3线传送方式进行串行通信。MAX232芯片功耗低、集成度高,+5V供电,具有两个发送和接收通道。由于TMS320LF2407采用+3.3V供电,在3.3V器件的输入端加上5V的信号,则5V电源会向3.3V电源充电,持续的电流将会损坏二极管和其他电路元件。所以在MAX232与TMS320LF2407之间要加上电平匹

10、配电路,采用TI公司提供的典型电平匹配电路。MAX232周围的电阻主要用于分压,使输入到TMS320LF2407的电压在3.3V左右,电容等一些元件主要用于滤波。这一部分原理图如图3所示。2低压无功补偿控制器的软件设计3总结图4软件程序流程图该装置上电后,经过一定延时,控制器再开始工作,通过对系统三相电压、三相电流采样,根据电压、电采用DSP进行控制并采用晶闸管控制投切的无功补偿装置,避免了投切时电网对触点造成的电流冲击。使控制器能够长期稳定工作,既能快速地补偿无(下转第15页)© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publish

11、ing House. All rights reserved. 2006年第4期仪表技术15前的采样数据,并发送1个字节的标志码0x06结束通讯。采样数据是12位的二进制数(04095),分两个字节发送,高6位(H)在前,低6位(L)在后。根据记录仪的485通讯协议,主机向记录仪发送点名命令的格式如下:帧ID+记录仪的地址码。帧ID的11位地址码是CAN485MB的地址,记录仪地址写在数据域的第一个字节,表3所示为环式炉单的点名命令帧格式。表3环式炉单的点名命令帧格式帧格式(FF)帧类型(RTR)帧ID1位01位011位0x07次数小于N,这包数据就变成非0值,且每个数据都位于对应参数的量程范

12、围内,则视这几次通信受到了干扰,清除计数器,并将新数据赋予对应参数。正常通信过程中,如果前后两次通信数据的绝对差值在对应参数的阈值范围内,则把新数据赋予该参数,即更新参数,否则视新数据为干扰,保持参数原值不变。第三类参数在两种情况下会出现数值由很大跳变到0或一个比较小的值,一是受干扰,二是突然拔除热电偶。因此,采用计数器和阈值比较法相结合的方式,若传送的数据数值变化超出了所定阈值范围,则保持原来的参数数值不变,同时用计数器计数,若连续N次出现上述情况,可判断是热电偶拔除造成的,清除计数器;若出现上述情况的计数次数小于N,则前面的几次传送是干扰,更新该参数,计数器清0。4结束语数据长度(DLC)

13、4位1数据域Data084主机采用查询方式接收数据,并对数据进行适当的变换将通道采样值转换为相应参数的实际值。3数据处理石墨电极生产中存在大量的大电流设备(如石墨化车间)、频繁启动的机电设备和高噪声,使网络的环境十分恶劣,产生相当强的各种电磁干扰,严重影响了网络的通讯质量和可靠性。有效抗干扰措施外,将参数对象分为三类:第一类是变化平缓的参数,如温度;第二类是设备启动和停机时有突然跳变的参数,如电流、电压、功率;第三类是特殊参数,如环式炉的温度,该温度参数变化平缓,但在达到规定的最大值后,环式炉停机,让炉温自然冷却,因生产的需要,对应热电偶温度传感器可能会被拔除,此时记录仪的通道输入为0,通道采

14、样值发生大的跳变。对于第一类参数,利用阈值比较法剔除受干扰的数据,即计算前后两次数据的绝对差值,将该差值与设定的阈值比较,若小于阈值,则传送的数据有效,否则,传送的数据受干扰而无效,保持原来的参数值。第二类参数在设备启动前和停机后为0,在启动和停机的短时间内会出现突变,在正常生产过程中变化比较平稳,一个终端有多个这样的参数,且这些参数不会同时为0。根据这些特征可区分终端设备是否运行或停机,数据在传送过程中是否受干扰。对第二类参数采用如下处理方法:将同一个终端的第二类参数组合在同一个数据包。首次通信时,若数据在对应参数的量程范围内,则把数据赋予该参数;若这包数据全为0或全小于相应的给定值,则用计

15、数器计数,如果这包数据连续N次出现这种情况,且发生在首次通信时,可判断设备没有开机,否则,可判断设备已停机,将相应参数置0,并清除计数器;若计数某炭素企业的实际运行结果表明,该系统能满足复杂环境下大功率石墨电极生产过程实时监测的需要,。:1饶运涛,邹继军,郑勇云.现场总线CAN原理与应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.2北京英华达电力电子工程科技有限公司.用户操作手册Z.2002.3基于CAN2bus总线的模拟空调温/湿度控制系统EB/OL.http:/2004-04-29.4周立功公司.CAN485MB智能协议转换器用户手册Z.2005.5杨飞,郑贵林.基于CAN总线的监控系统设计J.微型计算机信息,2005,21(7):34-36.(许雪军编发)(上接第12页)功功率,满足电能质量的要求,又能同时监测电网参数,抑制谐波,在目前的电网改造中前途广大。参考文献:1汪键,赵俊峰.基于80C196单片机的电网参数数字测量系统J.微处理机,2002,5(2):55-57.2王见乐

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