一種基于dsp的靜止同步補償裝置的新型檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】-種基于DSP的靜止同步補償裝置的新型檢測系統(tǒng) (-)技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)中靜止同步補償器的檢測領(lǐng)域，特別是一種基于 DSP(數(shù)字信號處理，DigitalSi即alProcessing)的STATCOM(靜止同步補償器，static Sync虹onousCompensator)的新型檢測系統(tǒng)。 (二）【背景技術(shù)】：
[0002] 電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是靜止同步補償器的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。靜止同 步補償器在電力系統(tǒng)中可W實現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無功功率的目的，它具有起動 無沖擊、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu)點。
[0003] STATCOM在電力系統(tǒng)中可W實現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無功功率的目的，可 W更好的實現(xiàn)對無功功率的補償，減少電壓閃爍、實現(xiàn)電壓穩(wěn)定，阻尼次同步震蕩、減少電 壓和電流的不平衡，及其在配電網(wǎng)中用于改善電能質(zhì)量等等?？蒞看出，能否準(zhǔn)確和快速的 檢測出無功電流是無功補償?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，靜止同步補償器的準(zhǔn)確檢測方法和控制策 略的選擇至關(guān)重要。目前，適用于無功補償檢測領(lǐng)域的是基于瞬時無功功率理論的無功電 流檢測方法，但是運種檢測方法只能在理想電網(wǎng)電壓情況下準(zhǔn)確地檢測出系統(tǒng)中的無功電 流。原因在于，當(dāng)電網(wǎng)電壓不對稱時，電壓的實際過零點與電壓基波過零點存在有相位差。 而實際的電網(wǎng)電壓波形很多情況下都存在不同程度的崎變和不對稱，因此，無功電流的檢 測效果較差。 (H)
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種更加高效的檢測裝置，它可W克服現(xiàn)有技術(shù)中的不 足，設(shè)計簡單、成本低、執(zhí)行速度快，從而提高STATCOM的實時響應(yīng)速度，增強電力系統(tǒng)穩(wěn)定 性。 陽0化]本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于DSP的靜止同步補償裝置的新型檢測系統(tǒng)，其 特征在于它包括無功補償模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、FPGA(Field-Programm油IeGate Array一一現(xiàn)場可編程口陣列）檢測模塊、保護模塊和信號調(diào)理模塊；其中，所述無功補償 模塊的輸入端與電網(wǎng)相連，其輸出端與控制模塊的輸入端連接；所述控制模塊的輸出端連 接驅(qū)動電路的輸入端；所述驅(qū)動模塊的輸出端與補償模塊相連，控制無功補償模塊向電網(wǎng) 發(fā)出無功；所述保護模塊輸出端與控制模塊的輸入端連接；所述信號調(diào)理模塊的輸入端通 過電流互感器與電壓互感器采集電網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓信號，其輸出端與FPGA檢測模塊的 輸入相連接；所述FPGA檢測模塊的輸出端與控制模塊連接，使控制模塊發(fā)出發(fā)送或吸收無 功的信號。
[0006] 所述無功補償模塊的輸出端可W通過Profibus總線模塊與控制模塊的輸入端連 接。
[0007] 所述電壓互感器采用TA10104-2K邸式穿忍微型精密交流電壓互感器；所述電流 互感器采用SDH-3/0. 66-2500/5A型電流互感器。
[0008] 所述驅(qū)動模塊由驅(qū)動忍片、電阻、電容、二極管組成，將驅(qū)動信號輸入主電路觸發(fā) IGBT;所述驅(qū)動忍片采用富±公司生產(chǎn)的混合IC驅(qū)動器EXB841。
[0009] 所述控制模塊由控制電路、鍵盤、通訊模塊、上位機、保護單元和鎖相環(huán)電路單元 構(gòu)成；所述控制電路與鍵盤、通訊模塊和上位機分別呈雙向連接；所述保護單元和鎖相環(huán) 電路單元的輸出端分別連接控制電路的輸入端。
[0010] 所述控制電路由D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、DSP忍片、數(shù)據(jù)存儲模塊組成；所述D/A模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊輸出端與DSP忍片輸入端呈雙向連接；所述DSP輸入端與保護電路輸出端相連接， 其輸出端與驅(qū)動電路輸入端連接，同時與數(shù)據(jù)存儲模塊呈雙向連接。
[0011] 所述DSP忍片采用TMS320LF2407A，其運算速度快，精度高，且?guī)WM輸出，用作主 控制器，與上位機通過RS-232C通信?？捎嬎悴⒋鎯TATCOM子模塊的運行時間，并根據(jù)運 行時間選擇需投入或切除的子模塊；所述的D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用MAX502忍片。
[0012] 所述保護模塊單元由缺相保護裝置、過流保護裝置、過壓保護裝置和溫度保護裝 置構(gòu)成；所述通訊模塊是串行通信接口采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232系列RS-232C 串行口電平轉(zhuǎn)換器件；所述上位機是工業(yè)控制計算機，完成電網(wǎng)電壓，電流，無功在線顯示、 給定參數(shù)輸入（電壓，電流）、控制參數(shù)調(diào)節(jié)等任務(wù)。
[0013] 一種基于DSP的靜止同步補償裝置的新型檢測系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包 括W下步驟：
[0014] ①電壓互感器、電流互感器采集電網(wǎng)的實時電壓電流信息，通過A/D采樣電路對 電流電壓信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，由所述的信號調(diào)理模塊進行數(shù)據(jù)的初步調(diào)理，并經(jīng)所述的 FPGA檢測模塊進行信息處理后送入DSP控制模塊，得出電網(wǎng)的無功補償容量；DSP忍片利用 收集的數(shù)字信號進行無功電流的計算，得到系統(tǒng)所需要的補償量的大小，將補償量轉(zhuǎn)化為 調(diào)制信號，通過計算PWM脈沖發(fā)出PWM脈沖，送入驅(qū)動電路。
[001引②根據(jù)需要進行的無功補償容量，DSP控制模塊確定需要投入或者切除的STATCOM子模塊，通過所述的Profibus總線模塊向靜止無功補償器（STATCOM)發(fā)出控制信 號，通過DSP對觸發(fā)脈沖模塊進行控制，通過PWM的輸出觸發(fā)驅(qū)動電路，使得逆變器中IGBT 器件動作。靜止無功補償器（STATCOM)則根據(jù)獲得控制信號作出具體投入或者切除動作， 完成無功補償，實現(xiàn)補償容量的變化。
[0016] ③無功補償控制器通過監(jiān)測各單體模塊的工作狀態(tài)，包括工作時間、負(fù)荷、溫度 等，管理中將工作時間長、溫度高的模塊優(yōu)先切除，休息時間長的模塊優(yōu)先切入；同時應(yīng)盡 可能保證各模塊工作在額定狀態(tài)，W充分發(fā)揮系統(tǒng)效率，降低器件承受的應(yīng)力。當(dāng)監(jiān)測到有 模塊過熱或故障時，應(yīng)控制并聯(lián)冗余模塊和該模塊進行切換，將該模塊及時切除，W保證 系統(tǒng)的可靠性。
[0017] ④當(dāng)電網(wǎng)波谷時，DSP控制補償模塊切除部分投入模塊，可W減少補償容量，從而 保證功率因數(shù)的平穩(wěn)；當(dāng)電網(wǎng)波峰時，DSP控制模塊發(fā)出指令，增加投入子模塊數(shù)目，保證 電網(wǎng)無功補償?shù)娜萘浚蒞提高功率因數(shù)。此外，DSP控制模塊能夠?qū)崟r監(jiān)控運行子模塊的 溫度、電壓、電流等運行數(shù)據(jù)。
[0018] ⑥當(dāng)子模塊發(fā)生故障或損壞時，控制器能根據(jù)異常數(shù)據(jù)快速判斷具體的損壞子模 塊，及時將此子模塊負(fù)擔(dān)的容量轉(zhuǎn)移至其他子模塊，之后發(fā)出指令將此子模塊退出運行，W 便對其進行更換。各子模塊的運行時間作為一項重要的運行參數(shù)在DSP控制模塊中計算并 被保留。根據(jù)程序設(shè)定，當(dāng)子模塊安全運行至一定時間后，會由空閑子模塊替換運行子模 塊，并盡量保持各子模塊運行時間的平衡，使子模塊自然損耗程度相當(dāng)，W便延長設(shè)備的使 用壽命。
[0019] 所述步驟①中的無功電流計算由W下步驟組成：
[0020] (1)電流互感器與電壓互感器采集到的電壓和電流信號通過控制電路的DSP忍片 進行坐標(biāo)變換（油C-aP);
[0021] (2)經(jīng)過坐標(biāo)變換的信號在DSP忍片中進行數(shù)字低通濾波器得到其直流分量，通 過得到的直流分量和DSP忍片，能夠?qū)崟r的計算出電壓基波正序分量的初相角，計算公式 如下所示；
[0022]
[0023] (3)DSP忍片對采集電路中得到的電壓和電流信號進行移相，移相后的電壓信號相 位為sin(?t+ 目）和COS(?t+ 目）；
[0024] (4)根據(jù)步驟做中得到的電網(wǎng)電壓和電流信號，在DSP忍片中根據(jù)坐標(biāo)變換公 式P對電網(wǎng)電流信號進行坐標(biāo)變換，經(jīng)過坐標(biāo)變換后的信號繼續(xù)在DSP忍片中進行數(shù)字低 通濾波器，可W得到直流分量，再對其進行坐標(biāo)反變換（根據(jù)公式P1)，可W得到無功電流 的指示信號；
[0027] 本發(fā)明的工作原理：
[0028] ①本發(fā)明所采用的無功補償控制器，采用即插即用的連接結(jié)構(gòu)，可在不停止無功 補償器運行的情況下，方便快捷的更換損壞子模塊，極大減輕子模塊損壞對電網(wǎng)造成的影 響。
[0029] ②通過上述所說的電壓互感器、電流互感器采集電網(wǎng)的實時電壓電流信息，由所 述的信