基于DSP的磁控电抗器控制器的研究与设计

蒋　琳,王　波,舒秋艳（.贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳　55000;　.青岛市恒顺众昇集团股份有限公司,山东　青岛　6608）



基于DSP的磁控电抗器控制器的研究与设计

蒋琳1,王波2,舒秋艳2
（1.贵州电网有限责任公司贵阳供电局,贵阳550001;2.青岛市恒顺众昇集团股份有限公司,山东青岛266108）

摘 要：电力系统常采用并联电容器-电抗器组等无源设备进行无功补偿并兼作滤波。但由于负载经常处于变化之中,采用固定容量补偿方式常常不能满足要求。目前无功补偿领域中磁控电抗器应用逐渐广泛推广，这样其控制系统显得尤为重要。通过利用DSP和CPLD结合设计的磁控电抗器控制器，可以实现磁控电抗器感性无功的平滑调节，从而实现动态无功补偿的目的。

关键词：DSP；CPLD；磁控电抗器

0　引言

磁控电抗器控制器作为磁控电抗器调试、运行中的一个必要部件，在项目开发对前其安全可靠性做全面的考虑，结合电网运行的实际情况，分析得到应输入输出的信号信息包括：（1）采集电网电压、电流，计算电网有功功率、无功功率和功率因数及相关开关信息；（2）根据参数设定和实际检测值自动闭环调节磁控电抗器移相触发脉冲信号；（3）手动、开环调节磁控电抗器移相触发脉冲信号；（4）控制液晶触摸屏，实现人机界面；（5）与变电站综保设备通信，实现远程控制。

1　控制系统原理

基于磁控电抗器的无功电压综合补偿控制器原理，采集电压、电流信号，计算系统的有功功率及无功功率，快速跟踪电压及无功功率的变化，动态地调节投入的补偿电抗器容量，平衡无功及电压。也就是说，控制器能自动检测系统的电流、电压，并能根据检测量自动调整晶闸管移相触发角的大小，进而改变磁控电抗器输出的感性容量。这样，磁控电抗器就可以根据电压和所需的无功，自动调节投入的补偿电抗。控制系统原理图如图1所示。

2　硬件电路设计

控制器硬件部分由8个独立模块组成，模块间由母板连接。控制器前部为液晶触摸屏，后部为各模块的输入输出接口。控制器硬件框图如图2所示：

（1）电量采集模块1、2。电量采集模块功能是将输入的电压、电流信号变换为-5～+5V正弦波信号、0～+12V方波信号。

（2）CPU模块。A/D转换部分是将-5～+5V正弦波信号变换为-2.5～+2.5V正弦波信号，送入AD转换芯片转换为数字量，再送入DSP芯片；输入输出部分是将CPLD芯片发出的触发信号进行隔离、功率放大，将输入的开关信号进行隔离再送入CPLD芯片；通信部分将DSP芯片收发的串行通信信号进行隔离和电平变换，连接至输出RS232端口与上位机通讯、与液晶屏通信端口通讯。

（3）光纤输出模块。光纤输出模块功能是将晶闸管移相触发脉冲信号转换为光信号输出。

（4）开关量输入输出模块。开关量输入模块是将输入开关量通过继电器隔离后，转换为0～3.3V信号；开关量输出模块是将输出开关量通过继电器隔离后，转换为机械触点信号。

（5）工作电源模块。工作电源模块是将输入的AC 220V电源（含地线）转换为+5V、±12V、+24V工作电源。

（6）触摸式液晶屏。触摸式液晶屏可显示和触控，完成系统运行状态显示和控制参数修改任务。

3　软件系统设计

本系统 的程序分为DSP软件程 序和CPLD硬件程序两部分，这两部分程序结合起来共同完成了MCR控制 器的控制功能。

系统设计的 思路是DSP完成采样、计算、控制、人机交互的工作，CPLD实现逻辑和时 序电路。图3为程 序系统设 计示意图。其控制过程为：（1）交流采样 的系统 参数接入DSP中，判断系统支行状态，由CPLD发出相应的触发信号；（2）通过 计算得出 每相MCR的控制角；（3）DSP通过 总线发送控 制角到CPLD；（4）CPLD根据同步电压信号，生成六路晶 闸管触发信号；（5）DSP实现了通信、时钟、键盘、显示等功能；CPLD实现了锁相 倍频、键盘处理、开关量处理 等功能。

这里的数据采集、处理、控制算法等程序功能都在相应的中断处理程序得到实现。所以主程序主要是用来进行系统初始化和非实时事务的处理，具体包括以下几个功能：进行系统初始化、完成通讯报文处理、完成人机交互数据处理。

3.1控制原理及主要控制算法

本次设计的控制器采取了电压无功综合考虑的控制策略，即用户可以只调无功或只调电压，也可以电压无功综合调节。其交流采样算法流程如图4所示。

同步倍频信号输入到AD模块的ADSOC控制口时，通过软件设置，使同步倍频信号每一次上升沿触发一次AD转换，AD转换结束后自动触发AD中断服务程序，中断服务程序的流程图如图5所示。每采集一个周期的数据，执行一次瞬时无功计算程序，计算出电网的电流、电压、无功功率、有功功率、功率因数、视在功率，再取平均值，与设定值比较，其差值来控制触发角，使检测到的无功逼近设定值。程序里使用的一些子程序，如定点数正弦运算、定点数开平方、定点数余弦运算等，可以在DSP定点函数库中得到。

3.2系统软件设计

本次设计中主要的数据采集、处理、控制算法等程序功能都在相应的中断处理程序完成，主程序主要是用来进行系统初始化和非实时事务的处理，即完成系统初始化、通讯、人机交互数据处理等功能。

控制器开机后，主程序首先进行DSP的初始化，然后进入程序主循环，在主循环里，主要完成液晶屏显示、键盘操作、通信等任务。

DSP主程序流程如图6所示。

4　结语

本文通过对磁控电抗器的硬件与软件设计的阐述，可以实现对磁控电抗器感性容量的平滑调节，达到无功补偿的目的。本系统采用DSP与CPLD相结合的控制方式，大大提高了运行效率，保证了设备运行速度，可以全自动在系统中运行，有效控制触发导通角，进而输出系统所需的无功补偿量。

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作者简介：蒋琳（1968-）,女，高级工程师，从事电网运行控制技术管理工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.126