[發明專利]磁控電抗器控制器及其方法

無效

• 申請號: 201210077273.7
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102646986A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）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（專利權）人: 山東電力集團公司濟南供電公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 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，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芯片與外部電網上設有的電壓采集裝置連接，所述控制器模塊(5)還與上位機(2)通訊，所述控制器模塊(5)、電信號輸出單元(3)分別與電源處理模塊(6)連接；所述電信號輸出單元(1)與磁控電抗器中的脈沖變壓器連接。

2.如權利要求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輸出端與電信號輸出單元(3)連接，所述DSP還與時鐘芯片(7)和非易失性存儲器(8)連接，所述控制器模塊(5)中的ARM與上位機(2)通過串行或網口通訊。

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

4.如權利要求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芯片還與外部電網上設有的電流互感器連接。

5.如權利要求1所述的磁控電抗器控制器，其特征是，所述電信號輸出單元(1)包括絕緣膠木板，在絕緣膠木板設有接線柱，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芯片內部測試接口；所述ARM芯片S3C2410A。

7.一種如權利要求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通過電網的電壓傳感器、電流傳感器進行交流采樣得到當前系統狀態；所述電壓傳感器、電流傳感器對電網線路進行線電壓和線電流采集，所述交流采樣中DSP中采用比較式數字濾波器和積分式數字濾波器兩種數字濾波器串聯聯合濾波方式；隨后對濾波后的線電壓和線電流的進行數字鎖相倍頻采樣，通過AD轉換中斷服務程序對電網的線電壓有效值、線電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數各狀態量進行計算；

2)通過與ARM連接的觸摸屏操作選擇電壓調整或功率因數調整兩種控制模式之一；采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號作為移相基準；DSP計算出當前時刻每相應該輸出的移相角；所述控制程序包括基于DSP的閉環控制算法；

3)DSP根據計算的移相角度結合移相基準，以及要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相，相應生成單相或三相觸發信號觸發信號，利用電信號脈沖驅動其中的脈沖變壓器控制磁閥式可控電抗器，脈沖變壓器發出脈沖串保障磁閥式可控電抗器MCR上相應的晶閘管可靠的激發；

所述數字鎖相倍頻采樣包括：

I)、DSP有捕獲模塊CAP獲取當前信號頻率，根據需要控制的磁閥式可控電抗器具體為單相或三相對捕獲模塊CAP進行取舍使用；所述電力系統頻率為所測線電壓的兩次正向過零點的時間差的倒數；任意一相線電壓的同步信號輸入到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間，即周期T；從而頻率求為：f＝1/T，將其作為基波的電網線電壓信號頻率；通過線電壓信號頻率，同一相的線電流頻率同時得到；

Ii)、將采樣頻率設定為采集到的作為基波的電網線電壓或線電流信號頻率的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象；

Iii)、所述數字鎖相倍頻是由DSP編程實現，因為數字電路能夠實現精確同步輸出，所以省略反饋環節，采用開環設計原理；此數字鎖相倍頻也稱之為同相倍頻；

當同步倍頻信號輸入到AD模塊的ADSOC控制口上；通過軟件設置，使同步倍頻信號每一次上升沿觸發一次AD轉換，當AD轉換結束后自動觸發AD中斷服務程序；中斷服務程序中存儲每一次采樣的結果，然后每128次采樣結束后進行一次交流采樣計算，按各物理量的離散計算公式，計算出電網的線電壓、線電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數值，通過雙口RAM與ARM實現數據共享，作為控制和顯示的輸入量；

所述閉環控制算法：控制器采取了兩種控制策略：用戶根據實際情況，通過觸摸屏操作選擇不同的控制模式；電壓調整控制模式和功率因數調整控制模式；電壓調整控制模式以電網電壓為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網的電壓穩定在給定的工作電壓點上；功率因數調整控制模式以電網的功率因數為控制量，通過提供不同的無功電流，將電網的功率因數穩定在設定的功率因數點上；根據控制原理，若以電壓為控制目標，給定電壓調節目標值，引入電壓負反饋；通過檢測到的電網電壓U和給定參考電壓U_ref進行比較，其偏差輸入到PI調節環節，PI調節器計算出輸出的移相控制角，通過觸發電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網電壓；

同樣，若要以功率因數調整控制模式，給定功率因數調節目標值，引入電壓和電流反饋，計算出電網功率因數作為負反饋；通過檢測到的電網電壓u和電網電流i，然后計算出功率因數角和給定參考電壓進行比較，其偏差輸入到PI調節環節；PI調節器計算出應該輸出的移相控制角，通過觸發電路控制MCR的無功功率輸出大小，改變電網功率因數；

兩種算法離散化后在DSP上實現；PI調節器的時間常數與MCR本身的響應時間常數相適應；

采集的線電壓或線電流正弦信號通過過零比較得到同步信號，將過零點同步信號作為移相基準，DSP計算出當前時刻每相應該輸出的移相角度，DSP根據收到的移相角度和移相基準，產生觸發信號，為了可靠觸發晶閘管，針對脈沖變壓器采用對觸發脈沖進行軟件同相載波細分成多個脈沖串的方法觸發。