專利名稱：一種基于無功補償的抑制混沌的控制裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動控制技術領域，特別涉及一種基于無功補償的抑制混沌的控制裝置及方法。
背景技術：
目前，混沌已經滲透到電力系統(tǒng)中多個研究領域，混沌振蕩，包括由無功功率引起的振蕩，是非線性系統(tǒng)中各個參數相互作用導致的非常復雜的現象，它在電力系統(tǒng)中出現時，將伴隨系統(tǒng)運行參數持續(xù)無規(guī)則的振蕩；系統(tǒng)無功功率處于一定范圍時，系統(tǒng)會出現混沌現象，也就是當發(fā)出無功功率的裝置SVC接入電力系統(tǒng)時，系統(tǒng)可能含有混沌現象。電力系統(tǒng)作為一個典型的非線性系統(tǒng)，它的動態(tài)行為包含了復雜的非線性，比如電機的低頻振蕩、次同步振蕩以及系統(tǒng)的分叉和混沌等。電力系統(tǒng)除因負阻尼引起的低頻振蕩外，還有另一種混沌振蕩的危機。大電網之間的互聯給電能生產和消費帶來巨大好處，同時可能會出現各種形式的振蕩失穩(wěn)現象。系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰和電壓崩潰是導致電網事故的3大主要因素，其中系統(tǒng)振蕩是最常見的現象，它可以成為大停電事故的基本原因或附加因素。為了有效的控制和消除振蕩，必須研究振蕩產生的機理、消除途徑和參數控制范圍，對此常規(guī)手段無能為力。在電力系統(tǒng)的實際運行中，混沌現象的出現給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)帶來了很大的麻煩，尤其是在隨意的接入無功補償裝置時，使本地設備的運行達到最佳狀態(tài)， 導致電網中無功功率會處在某一范圍內，很有可能使電力系統(tǒng)出現混沌振蕩現象。

發(fā)明內容
針對電力系統(tǒng)存在混沌現象的問題，本發(fā)明提供一種基于無功補償的抑制混沌的控制裝置及方法，通過控制無功功率的輸出量來對電力系統(tǒng)的混沌現象進行抑制。本發(fā)明控制裝置包括中央處理單元、無功補償單元、混沌抑制單元、電源、通信模塊、聞電位板和晶閘管控制電抗器；所述中央處理單元，包括采樣模塊、預處理模塊、檢測單片機、記憶模塊和綜合處理單片機；所述采樣模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理器和鎖相環(huán)電路，電壓互感器和電流互感器的高壓接入端連接電網，低壓輸出端連接信號調理器的輸入端，信號調理器的輸出端連接鎖相環(huán)電路的輸入端，鎖相環(huán)電路的輸出端作為米樣模塊的輸出端，與預處理模塊的輸入端相連；預處理模塊采用DSP及其外部存儲器；綜合處理單片機外接有鍵盤和人機接口模塊，綜合處理單片機通過通信模塊與上位機進行通信；人機接口模塊采用液晶控制器；記憶模塊采用DSP及其外部存儲器；中央處理單元的具體連接是采樣模塊的輸出端連接預處理模塊的輸入引腳，預處理模塊的輸出引腳連接綜合處理單片機的輸入引腳，綜合處理單片機的輸出引腳連接檢測單片機輸入引腳，檢測單片機輸出引腳連接預處理模塊的輸入引腳，記憶模塊的輸入引腳連接采樣模塊的輸出端和檢測單片機的輸出端，饋線終端裝置的輸出端通過電網中架空通信電纜連接記憶模塊的輸入引腳；中央處理單元的功能是實時檢測電網運行參數，判斷問題的處理方式，記憶混沌產生路徑，對相同的混沌現象進行超前抑制，控制無功補償單元或混沌抑制單元的工作優(yōu)先級，與饋線終端裝置通信，進行信息共享，解決電網簡單故障；所述無功補償單元，包括無功補償處理器、無功補償控制器和反饋采樣模塊I ;無功補償處理器選用單片機，無功補償控制器選用DSP ；無功補償單元的具體連接是無功補償處理器的輸入引腳連接無功補償控制器的輸出引腳，無功補償處理器的輸出引腳連接無功補償控制器的輸入引腳；無功補償控制器的輸入引腳連接反饋采樣模塊I的輸出端；無功補償處理器的輸出引腳連接綜合處理單片機的輸入引腳，無功補償處理器的輸入引腳連接綜合處理單片機的輸出引腳，反饋采樣模塊I的輸入端接晶閘管控制電抗器的輸出端。無功補償單元的功能是接收綜合處理單片機的數據和控制信號，進行無功補所述混沌抑制單元，包括混沌抑制處理器、混沌抑制控制器和反饋采樣模塊II ; 混沌抑制處理器選用單片機，混沌抑制控制器選用DSP ；混沌抑制單元的具體連接是反饋采樣模塊II的輸入端接晶閘管控制電抗器的輸出端，反饋采樣模塊II的輸出端連接混沌抑制控制器的輸入引腳；混沌抑制控制器的輸出引腳連接混沌抑制處理器的輸入引腳，混沌抑制控制器的輸入引腳連接混沌抑制處理器的輸出引腳；混沌抑制處理器的輸出引腳連接中央處理單元的綜合處理單片機的輸入引腳，混沌抑制處理器的輸入引腳連接綜合處理單片機的輸出引腳；混沌抑制控制器的輸出引腳與無功補償控制器的輸出引腳均經過高電位板連接到晶閘管控制電抗器；混沌抑制單元的功能是接收綜合處理單片機的數據和控制信號，進行混沌抑制。預處理模塊采用的DSP與檢測單片機、記憶模塊采用的DSP與檢測單片機、記憶模塊采用的DSP與混沌抑制單片機、預處理模塊采用的DSP與綜合處理單片機、無功補償處理器選用的單片機與無功補償控制器選用的DSP、混沌抑制處理器選用的單片機與混沌抑制控制器選用的DSP之間均采用雙口 RAM連接方式通信；裝置的DSP和單片機共用一個電源， 電源為預處理模塊采用的DSP、檢測單片機、記憶模塊采用的DSP、綜合處理單片機、無功補償處理器選用的單片機、無功補償控制器選用的DSP、混沌抑制處理器選用的單片機和混沌抑制控制器選用的DSP供電，電源放在預處理模塊中。裝置連接好后，通過電網中架空通信電纜，將記憶模塊與遠程配電室的饋線終端裝置相連，通信協議采用RS485協議。采用上述控制裝置抑制混沌的控制方法，具體按如下步驟進行步驟一采集三相相電壓瞬時值ua、ub>uc和三相線電流瞬時值ia、ib、ic ；步驟二 預處理DSP和記憶DSP計算電網運行參數，包括各相瞬時有功功率、各相瞬時無功功率、各相瞬時視在功率和各相瞬時功率因數，三相總瞬時有功功率、三相總瞬時無功功率、三相總瞬時視在功率和三相總瞬時功率因數，三相正序電壓的不平衡度；計算a、b、c三相總瞬時有功功率P、總瞬時無功功率q、總瞬時視在功率s和總瞬時功率因數COS 0 :p = uaia+ubib+ucic
q = ^\{ub -uc)ia + (uc-Ua)ib+ (ua — Ub)ic]s =如2 + q2
Pcos6> = —計算a、b、c各相瞬時有功功率Pa、Pb、P。，瞬時無功功率qa、qb、q。，瞬時視在功率sa、 Sb、S。和瞬時功率因數 COS 0 a、COS 0 b、COS 0 c ;A 相Pa = uJap = 3u2a ^qa = Ujaq = ua (ub-mc)-j如 2a+q2aCOS^fl =—
SaB 相Pb = ubibp = 3W $qb = ubibq = ub (ucSb= ^p2b+q2bCOS^fe =—
SbC 相Pc = UcIcp = 3mc2 $qc = Ujcq = uc (ua Sc=如 2c+q2cCOS^c =—式中A = (Ua-Ub)2+(Ub-Uc)2+(Uc-Ua)2 ；計算電壓三相不平衡度e
s = \Ua\ +Uc\2 ~2UaiUci cos(I <Pai ~tPci I -120°) ^100Q7q ]jUai2 +Uci2 -IUaiUci cos(240°- | cpAl ~(pcl |)，其中，A相線電壓為UA1，C相線電壓為m A相相位，％為C相相位。步驟三預處理DSP和記憶DSP根據計算出的電網運行參數，判斷信號異常參數， 將計算出的電網運行參數和異常參數送至LCD顯示預處理DSP和記憶DSP判斷異常參數為0，即此時信號無異常，則進行無功功率補償；預處理DSP判斷異常參數為1，即此時信號異常，將此異常參數送至綜合處理單片機，該單片機將無功補償單元屏蔽；記憶DSP判斷異\常參數為1，即此時信號異常，判斷當前電網是否處于混沌狀態(tài)，并執(zhí)行相應操作；DSP存儲器中存儲數據方式為逆向數據堆棧法，即將最初數據放入棧頂，將最終數據放入棧底。具體的異常參數的判斷方法是將電網運行參數與DSP自己存儲器中的混沌路徑數據組進行實時比較，具體比較方法為順序依次比較方法，即將某一時刻的電網運行參數放到DSP的寄存器中，將棧頂數據取出與寄存器中數據進行對比，對比方式為兩組數據分別相減，若相減為零，將棧中下一組數據取出與寄存器中下一時刻數據進行相減，以此類推，程序運行到混沌路徑數據組的一半的數據長度時，程序終止；若相減不為零，將下一時刻電網運行參數與棧頂數據進行對比，直到出現相減為零時，將棧中下一組數據取出；根據相減結果來判斷異常參數；步驟四控制晶閘管控制電抗器(TCR)輸出無功功率。上述步驟三中所述的無功功率補償，具體按如下步驟進行步驟I :計算補償導納，具體如下從功率因數校正的概念來看，首先在每一相負荷導納上并聯一個等于負荷電納負值的補償導納，使得負荷導納變?yōu)榧冸妼АＨ绻鸜廣=Gf + jBf則補償導納Bf = -Bf負載用三角形鏈接的網絡來表示，導納、Jf、JT是復數并且互不相等，I表示負載，鏟表示a、b相之間的負載導納，表示b、c相之間的負載導納，JT表示C、a相之間的負載導納，S廣表示a、b相之間的補償導納，Gf表示a、b相之間的單相復合電導，如果負載為不接地的星形則可以通過Y-A變換來處理，如果負荷的變化比較慢并且為線性的就可以用相量來分析，則用一個任意的三相無源導納來表示理想補償器，當它與負荷并聯時， 對電源而言就相當于一個對稱負荷。其它兩相也可以類似地處理，就可以得到各支路的合成導納，它們都只有純電導，整體功率因數為1，但仍然是不平衡的。為平衡有功不對稱負載,在b相和c相之間連接電容性導納為Bhc0 =Gf j S同時在c相和a相間接入電感性導納Bf =-Gf j ^[3經過這樣處理，正序電壓％，電和兔產生的線電流存，序和存不僅是平衡的， 而且分別與各自的相電壓同相。對正序電壓而言，等效電路是三相Y接的電阻性負荷，每相的電導都為Gf。因為已經假定電壓是平衡的，則總功率為，這里的U是每相供電電壓的有效值?？偣β室驍岛兔肯喙β室驍刀际荌。雖然在三角形接法中各支路的電流是不平衡的，但是在三角形中無功功率是平衡的，b線和c線間的電容器產生的無功功率等于c線和a線間的電感器吸收的無功功率。同理，be和Ca相之間的純電導可以依次用相同的方法來加以平衡。Gf可以用接于ac線間的補償導納疋a和接于ab線間的= -G;￡/4來平衡。加上功率因數校正電納之后，如

圖18所示，現在三角形中的每一個支路都有三個并聯的補償導納，這些導納可以相加在一起，就可以得到三相三角形接法的理想補償網絡
權利要求
1.一種基于無功補償的抑制混沌的控制裝置，包括高電位板和晶閘管控制電抗器，其特征在于還包括中央處理單元、無功補償單元、混沌抑制單元、電源和通信模塊；所述中央處理單元，包括采樣模塊、預處理模塊、檢測單片機、記憶模塊和綜合處理單片機，預處理模塊采用DSP及其外部存儲器，記憶模塊采用DSP及其外部存儲器；中央處理單元的具體連接是采樣模塊的輸出端連接預處理模塊的輸入引腳，預處理模塊的輸出引腳連接綜合處理單片機的輸入引腳，綜合處理單片機的輸出引腳連接檢測單片機輸入引腳，檢測單片機輸出引腳連接預處理模塊的輸入引腳，記憶模塊的輸入引腳連接采樣模塊的輸出端和檢測單片機的輸出端，饋線終端裝置的輸出端通過電網中架空通信電纜連接記憶模塊的輸入引腳，綜合處理單片機通過通信模塊與上位機進行通信；所述無功補償單元，包括無功補償處理器、無功補償控制器和反饋采樣模塊I ;無功補償處理器選用單片機，無功補償控制器選用DSP ；無功補償單元的具體連接是無功補償處理器的輸入引腳連接無功補償控制器的輸出引腳，無功補償處理器的輸出引腳連接無功補償控制器的輸入引腳；無功補償控制器的輸入引腳連接反饋采樣模塊I的輸出端；無功補償處理器的輸出引腳連接綜合處理單片機的輸入引腳，無功補償處理器的輸入引腳連接綜合處理單片機的輸出引腳，反饋采樣模塊I 的輸入端接晶閘管控制電抗器的輸出端；所述混沌抑制單元，包括混沌抑制處理器、混沌抑制控制器和反饋采樣模塊II ;混沌抑制處理器選用單片機，混沌抑制控制器選用DSP ；混沌抑制單元的具體連接是反饋采樣模塊II的輸入端接晶閘管控制電抗器的輸出端，反饋采樣模塊II的輸出端連接混沌抑制控制器的輸入引腳；混沌抑制控制器的輸出引腳連接混沌抑制處理器的輸入引腳，混沌抑制控制器的輸入引腳連接混沌抑制處理器的輸出引腳；混沌抑制處理器的輸出引腳連接中央處理單元的綜合處理單片機的輸入引腳，混沌抑制處理器的輸入引腳連接綜合處理單片機的輸出引腳；混沌抑制控制器的輸出引腳與無功補償控制器的輸出引腳均經過高電位板連接到晶閘管控制電抗器；所述電源為預處理模塊采用的DSP、檢測單片機、記憶模塊采用的DSP、綜合處理單片機、無功補償處理器選用的單片機、無功補償控制器選用的DSP、混沌抑制處理器選用的單片機和混沌抑制控制器選用的DSP供電。
2.根據權利要求I所述的基于無功補償的抑制混沌的控制裝置，其特征在于所述中央處理單元的采樣模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理器和鎖相環(huán)電路，電壓互感器和電流互感器的高壓接入端連接電網，低壓輸出端連接信號調理器的輸入端，信號調理器的輸出端連接鎖相環(huán)電路的輸入端，鎖相環(huán)電路的輸出端作為采樣模塊的輸出端，與預處理模塊的輸入端相連；所述中央處理單元的綜合處理單片機外接有鍵盤和人機接口模塊，人機接口模塊采用液晶控制器。
3.根據權利要求I所述的基于無功補償的抑制混沌的控制裝置，其特征在于所述預處理模塊采用的DSP與檢測單片機、記憶模塊采用的DSP與檢測單片機、記憶模塊采用的 DSP與混沌抑制單片機、預處理模塊采用的DSP與綜合處理單片機、無功補償處理器選用的單片機與無功補償控制器選用的DSP、混沌抑制處理器選用的單片機與混沌抑制控制器選用的DSP之間均采用雙口 RAM連接方式通信。
4.采用權利要求I所述的基于無功補償的抑制混沌的控制裝置進行抑制混沌的控制方法，其特征在于具體按如下步驟進行步驟一采集三相相電壓瞬時值ua、ub、u。和三相線電流瞬時值ia、ib、ic ；步驟二 預處理DSP和記憶DSP計算電網運行參數，包括各相瞬時有功功率、各相瞬時無功功率、各相瞬時視在功率和各相瞬時功率因數，三相總瞬時有功功率、三相總瞬時無功功率、三相總瞬時視在功率和三相總瞬時功率因數，三相正序電壓的不平衡度；步驟三預處理DSP和記憶DSP根據計算出的電網運行參數，判斷信號異常參數，將計算出的電網運行參數和異常參數送至IXD顯示預處理DSP和記憶DSP判斷異常參數為0， 即此時信號無異常，則進行無功功率補償；預處理DSP判斷異常參數為1，即此時信號異常， 將此異常參數送至綜合處理單片機，該單片機將無功補償單元屏蔽；記憶DSP判斷異常參數為1，即此時信號異常，判斷當前電網是否處于混沌狀態(tài)，并執(zhí)行相應操作；預處理DSP和記憶DSP存儲器中存儲數據方式為逆向數據堆棧法，即將最初數據放入棧頂，將最終數據放入棧底，具體的異常參數的判斷是將電網運行參數與DSP自己存儲器中的混沌路徑數據組進行實時比較，具體為順序依次比較，即將某一時刻的電網運行參數放到DSP的寄存器中，將棧頂數據取出與寄存器中數據進行對比，對比方式為兩組數據分別相減，若相減為零，將棧中下一組數據取出與寄存器中下一時刻數據進行相減，以此類推，運行到混沌路徑數據組的一半的數據長度時，程序終止；若相減不為零，將下一時刻電網運行參數與棧頂數據進行對比，直到出現相減為零時，將棧中下一組數據取出；根據相減結果來判斷異常參數；步驟四控制晶閘管控制電抗器輸出無功功率。
5.根據權利要求4所述的基于無功補償的抑制混沌的控制方法，其特征在于步驟三中所述的無功功率補償，具體按如下步驟進行步驟I :計算補償導納；補償導納用三相電流的采樣值表示，采樣時刻分別是Ua、ub、u。過零變正的時刻，三相補償導納如下式所示
6.根據權利要求4所述的基于無功補償的抑制混沌的控制方法，其特征在于步驟三中所述的判斷當前電網是否處于混沌狀態(tài)，并執(zhí)行相應操作，具體按如下步驟進行步驟I :根據混沌抑制原理，判斷混沌參數混沌參數為1，則處于混沌狀態(tài)，判斷混沌路徑并進行混沌抑制；混沌參數為0，則不處于混沌狀態(tài)，繼續(xù)對電網進行監(jiān)視；步驟2 :根據判斷結果計算混沌抑制導納若混沌參數為1，通過逆向搜尋法來尋找混沌數據組，記憶混沌路徑，計算混沌抑制導納；若混沌參數為0，記憶DSP監(jiān)視電網運行狀態(tài)，計算混沌抑制導納；逆向搜尋法，即在自己的存儲器中設置此時刻為電網混沌時刻，以此時刻為基準依次向前一時刻尋找系統(tǒng)偏離穩(wěn)定運行的混沌分岔點，將基準點與分岔點之間的數據定義為混沌路徑的數據組；混沌抑制導納計算方法與補償導納計算方法相同；步驟3:根據混沌抑制導納計算晶閘管的觸發(fā)角，與根據補償導納計算晶閘管的觸發(fā)角的原理相同。
全文摘要
一種基于無功補償的抑制混沌的控制裝置及方法，裝置包括高電位板和晶閘管控制電抗器，還包括中央處理單元、無功補償單元、混沌抑制單元、電源和通信模塊；中央處理單元包括采樣模塊、預處理模塊、檢測單片機、記憶模塊和綜合處理單片機；無功補償單元包括無功補償處理器、無功補償控制器和反饋采樣模塊I；混沌抑制單元包括混沌抑制處理器、混沌抑制控制器和反饋采樣模塊II。方法包括采集三相相電壓瞬時值和三相線電流瞬時值；計算電網運行參數；判斷信號異常參數，將電網運行參數和異常參數送至LCD顯示；控制晶閘管控制電抗器輸出無功功率。本裝置實時監(jiān)視電網運行狀態(tài)，提高無功補償的安全性，降低由于無功功率補償不當對電網的危害。
文檔編號H02J3/18GK102593849SQ201210030480
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權日2012年2月10日
發(fā)明者劉振偉, 劉鑫蕊, 孫秋野, 張化光, 楊珺, 王迎春, 趙琰, 鄒顯明, 馬大中 申請人:東北大學