專利名稱：基于dsp芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)及工作方法。
背景技術(shù)：
電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是靜止同步補(bǔ)償器的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。靜止同步補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)當(dāng)中可以快速平滑地吸收感性和容性無功功率、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、校正功率因數(shù)、平衡負(fù)荷、濾除諧波等，它將成為改善電能質(zhì)量的主流設(shè)備。在靜止同步補(bǔ)償器中，控制器是其核心部件之一，它通過產(chǎn)生并控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的脈沖來控制裝置的各種行為，完成所需完成的任務(wù)，它的性能直接影響裝置的補(bǔ)償效果。目前，國內(nèi)外已有的裝置仍然采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)方式或引入線路功率的PSS輔助控制方式，都是基于局部線性化模型，且只能保證系統(tǒng)在運(yùn)行點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。由于STATCOM模型的非線性特征，如果發(fā)生大的擾動(dòng)或運(yùn)行點(diǎn)偏離正常值太遠(yuǎn)，這些控制器的性能就會(huì)大大降低，很難更好的滿足我國大區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及最大限度減少大面積停電事故的發(fā)生，難以切實(shí)保障人民生活經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電可靠性連續(xù)性的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，它結(jié)合高性能的信號(hào)處理器和先進(jìn)的非線性控制理論，構(gòu)造出一種新型靜止同步補(bǔ)償器非線性控制裝置，以獲得快速、高精度、強(qiáng)魯棒性的控制效果，減少外部擾動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，最大程度減少故障損失。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于它是由與外部電力系統(tǒng)相連接的交流采樣電路、中央處理電路、雙口RAM、脈沖發(fā)生器所組成，所說的交流采樣電路的輸入端連接外部電力系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，其輸出端連接中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端通過雙口RAM連接脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器的輸出端連接在靜止同步補(bǔ)償器的輸入端。
上述所說的交流采樣電路包括交流采樣前端電路；多路選擇開關(guān)；A/D轉(zhuǎn)換電路。其中交流采樣電路與電力系統(tǒng)相連，它的輸出端接多路選擇開關(guān)的輸入端，多路選擇開關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
上述所說的中央處理器包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成。
其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與交流采樣電路的輸出相連。
上述所說的雙口RAM通信包括左右對(duì)稱的地址線和數(shù)據(jù)線，分別與中央控制器和脈沖發(fā)生器連接。
上述所說的脈沖發(fā)生器包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與雙口RAM的輸出相連。
一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下步驟(1)交流采樣電路把系統(tǒng)電壓互感器二次測(cè)電壓及電流二次測(cè)電流變換為較低幅值交流電壓和電流；(2)經(jīng)多路選擇開關(guān)及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送入到以DSP為核心的中央處理器中；(3)中央處理器根據(jù)輸入量按照選定的控制規(guī)律計(jì)算出晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角；(4)經(jīng)脈沖發(fā)生器觸發(fā)可關(guān)斷器件，進(jìn)而控制靜止同步補(bǔ)償器。
上述步驟(3)中所說的選定的控制規(guī)律即是把前面交流采樣電路測(cè)得的電壓和電流與參考值相比較得到的值作為控制參考信號(hào)，采用任一觸發(fā)角的正弦的取值范圍，即采用[-1，1]之間的任一數(shù)代替控制信號(hào)，得到線性模型，從而計(jì)算得到晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角。
本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于利用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)魯棒非線性控制的靜止同步補(bǔ)償器控制規(guī)律，可在很大程度上提高無功控制的速度和精度，減少由于普通單片機(jī)處理速度限制而引起的控制滯后，使真?zhèn)€無功控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，是一種具有很大市場(chǎng)前景的新一代靜止同步補(bǔ)償器自動(dòng)控制裝置。


附圖1為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制統(tǒng)的總體電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的交流采樣電路示意圖。
附圖3為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的電壓前端電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的電流前端電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的A/D轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的中央處理器和脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7為本發(fā)明所涉基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)中的雙口RAM電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)(圖1)，其特征在于它以美國德州儀器最新推出的高性能DSP芯片TMS320F2812為中央處理器和脈沖處理器，以idt7133雙口RAM通信。它的交流采樣電路的輸入端連接外部電力系統(tǒng)的變壓器和電流互感器，其輸出端連接中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端通過雙口RAM連接脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器的輸出端連接在靜止同步補(bǔ)償器的輸入端。
上述所說的交流采樣電路(圖2)包括(1)交流采樣前端電路(圖3、4)，由D11、D12、D21、D22、R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17所構(gòu)成，它利用互感器將發(fā)電機(jī)二次側(cè)的高電壓、大電流轉(zhuǎn)換為-5V～+5V的電壓，并利用D11、D12、D21、D22構(gòu)成輸入限幅保護(hù)，R24、R25、R26、R34、R35、R36、C11、C12、C16、C17構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路，所得的信號(hào)經(jīng)一級(jí)運(yùn)放隔離后送入多路選擇開關(guān)；(2)多路選擇開關(guān)，其采樣通道的選擇由DSP的I/O口進(jìn)行控制；(3)A/D轉(zhuǎn)換電路(圖5)，對(duì)多路開關(guān)輸出的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，變換所得的數(shù)字量經(jīng)DSP外部I/O口進(jìn)入DSP中，以待進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償及進(jìn)一步處理。
其中交流采樣電路與電力系統(tǒng)相連，它的輸出端接多路選擇開關(guān)的輸入端，多路選擇開關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
上述所說的中央處理器(圖6)包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成。
其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與交流采樣電路的輸出相連。
上述所說的雙口RAM電路(圖7)包括左右對(duì)稱的地址線和數(shù)據(jù)線，分別與中央控制器和脈沖發(fā)生器連接。
上述所說的脈沖發(fā)生器包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成。
其中電源管理模塊與晶振電路的輸出與DSP芯片相連，輸入與雙口RAM的輸出相連。
一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下步驟(1)交流采樣電路把系統(tǒng)電壓互感器二次測(cè)電壓及電流二次測(cè)電流變換為較低幅值交流電壓和電流；(2)經(jīng)多路選擇開關(guān)及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送入到以DSP為核心的中央處理器中；(3)中央處理器根據(jù)輸入量按照選定的控制規(guī)律計(jì)算出晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角；(4)經(jīng)脈沖發(fā)生器觸發(fā)可關(guān)斷器件，進(jìn)而控制靜止同步補(bǔ)償器。
上述步驟(3)中所說的選定的控制規(guī)律即是把前面交流采樣電路測(cè)得的電壓和電流與參考值相比較得到的值作為控制參考信號(hào)，采用任一觸發(fā)角的正弦的取值范圍，即采用[-1，1]之間的任一數(shù)代替控制信號(hào)，得到線性模型，從而計(jì)算得到晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于它是由與外部電力系統(tǒng)相連接的交流采樣電路、中央處理電路、雙口RAM、脈沖發(fā)生器所組成，所說的交流采樣電路的輸入端連接外部電力系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，其輸出端連接中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端通過雙口RAM連接脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器的輸出端連接在靜止同步補(bǔ)償器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于所說的交流采樣電路包括交流采樣前端電路；多路選擇開關(guān)；A/D轉(zhuǎn)換電路。其中交流采樣電路與電力系統(tǒng)相連，它的輸出端接多路選擇開關(guān)的輸入端，多路選擇開關(guān)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于所說的中央處理器包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；(4)數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路，由雙向數(shù)據(jù)緩沖器U9，U10構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于所說的雙口RAM包括(1)左右對(duì)稱的地址線和數(shù)據(jù)線，分別與中央控制器和脈沖發(fā)生器連接；(2)DSP的地址線A15與數(shù)據(jù)空間選通引腳邏輯或后作為RAM的片選信號(hào) 外部存儲(chǔ)器訪問選通信號(hào) 與讀寫使能信號(hào) 邏輯或后作為讀寫使能信號(hào)；(3)DSP的 取反后與 邏輯或作為輸出使能信號(hào)，兩個(gè)忙標(biāo)志 分別與中央控制器和脈沖發(fā)生器的READY引腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)，其特征在于所說的脈沖發(fā)生器包括(1)實(shí)時(shí)全數(shù)字控制的高性能DSP芯片，包含大容量快速閃存、多個(gè)32位定時(shí)器、2個(gè)事件管理器和SPI、SCI、CAN多種接口；(2)電源管理模塊，由雙電源供電器件U3及周邊電阻R15、R16、C1、C2電容構(gòu)成；(3)晶振電路，由給DSP芯片提供時(shí)鐘信號(hào)的電容C3、C4和晶振體U2構(gòu)成；(4)數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)電路，由雙向數(shù)據(jù)緩沖器U9，U10構(gòu)成。
6.一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下步驟(1)交流采樣電路把系統(tǒng)電壓互感器二次測(cè)電壓及電流二次測(cè)電流變換為較低幅值交流電壓和電流；(2)經(jīng)多路選擇開關(guān)及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)送入到以DSP為核心的中央處理器中；(3)中央處理器根據(jù)輸入量按照選定的控制規(guī)律計(jì)算出晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角；(4)經(jīng)脈沖發(fā)生器觸發(fā)可關(guān)斷器件，進(jìn)而控制靜止同步補(bǔ)償器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于步驟(3)中所說的選定的控制規(guī)律即是把前面交流采樣電路測(cè)得的電壓和電流與參考值相比較得到的值作為控制參考信號(hào)，采用任一觸發(fā)角的正弦的取值范圍，即采用[-1，1]之間的任一數(shù)代替控制信號(hào)，得到線性模型，從而計(jì)算得到晶體管的觸發(fā)角和關(guān)斷角。
全文摘要
一種基于DSP芯片的靜止同步補(bǔ)償器魯棒非線性控制系統(tǒng)及工作方法，其特征在于它是由與外部電力系統(tǒng)相連接的交流采樣電路、中央處理電路、雙口RAM、脈沖發(fā)生器所組成，其工作方法是交流采樣電路采集的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路傳送到中央處理器，中央處理器經(jīng)過計(jì)算得出觸發(fā)角，然后經(jīng)過脈沖控制器觸發(fā)可關(guān)斷器件。它結(jié)合高性能的信號(hào)處理器和先進(jìn)的非線性控制理論，構(gòu)造一種新型STATCOM非線性控制裝置，以獲得快速、高精度、強(qiáng)魯棒性的控制效果，減少外部擾動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響，提高電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，最大程度減少故障損失。
文檔編號(hào)G05B11/01GK1952817SQ20061012942
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者馬幼捷, 弓晉霞, 周雪松, 劉富永, 徐曉寧, 侯明, 張智勇 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)