毕业设计(论文)-基于DSP的配电静止同步补偿器控制器的设计.doc.doc
《毕业设计(论文)-基于DSP的配电静止同步补偿器控制器的设计.doc.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-基于DSP的配电静止同步补偿器控制器的设计.doc.doc(46页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、邵阳学院毕业设计(论文)摘 要 本文介绍了基于数字信号处理器(DSP)的配电静止同步补偿器(D-STATCOM)其控制器的设计。配电网静止同步补偿器D-STATCOM (Distribution Static Compensator)是用户电力技术的重要装置之一,控制器作为其关键部分,决定了其补偿性能的好坏。本文采用高性能数字信号处理器TMS320LF2407为D-STATCOM的核心控制器,利用其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力,以满足D-STATCOM的实时性、快速性、处理算法复杂等的要求。而精确驱动脉冲的产生又是其中的关键技术,采用数字信号处理器DSP芯片TMS320LF240
2、7和高精度A/D芯片MAX125,与传统的单片机测量系统相比,在实时性、精度等方面有了较大的提高,且硬件和软件实现简单。设计了精度高、相位抖动小、稳定性好的D-STATCOM控制器。本控制器装置由主电路、控制电路、驱动电路组成。本文按信号流程来阐述,DSP最小系统、信号采集、信号处理。DSP最小系统包括DSP芯片、键盘显示、扩展ROM/RAM等。信号采集包括PT(电压互感器)/CT(电流互感器)、信号调理、A/D转换。关键词:数字信号处理器(DSP);配电静止同步补偿器D-STATCOM;DSP最小系统;信号采集;信号处理AbstractThis article introduced base
3、d on the Digital Signal Processing (DSP) power distribution static synchronous compensator (D-STATCOM) its controller design. Distribution Static Synchronous Compensator D-STATCOM (Distribution Static Compensator) is one of user electric power technology important installments, the controller took i
4、ts essential part, has decided its compensation performance quality. But actuates the pulse the production also is precisely key technologies, uses digital signal processor DSP chip TMS320LF2407 and high accuracy A/D chip MAX125, compares with the traditional monolithic integrated circuit measuremen
5、t system, in aspects and so on timeliness, precision had the big enhancement, also the hardware and the software realization is simple. Has designed the precision high, the phase jitter _d small, the stable good D-STATCOM controller. This controller installment by the main circuit, the control circu
6、it, actuates the electric circuit to be composed. This article elaborated according to the signal flow, DSP smallest system, signal gathering, signal processing. The DSP smallest system including the DSP chip, the keyboard demonstrated, expands ROM/RAM and so on. Signal gathering including PT (volta
7、ge transformer) /CT (current transformer), signal recuperation, A/D transformation.Key Words:Digital signal processing (DSP); Distribution Static Compensator D-STATCOM;DSP smallest system;Signal gathering;Signal processing目 录摘要第1章 绪论 1 第1.1节 课题的来源及意义 1第1.2节 D-STATCOM控制器设计的研究现状 3第1.3节 D-STATCOM补偿电流检测
8、技术的研究现状5第1.4节 D-STATCOM的优越性8第1.5节 论文的主要内容及章节安排9第2章 DSP器件的简介及D-STATCOM的工作原理 11第2.1节 DSP器件的特点 11第2.2节 TMS320LF2407的特点 13第2.3节 TMS320LF2407的结构14第2.4节 选择DSP芯片注意事项16第2.5节 D-STATCOM的基本原理17第3章 基于DSP的D-STATCOM控制器设计 25第3.1节 基于DSP的D-STATCOM的控制系统硬件结构25第3.2节 控制系统软件部分 36总 结 41 参考文献 42 致 谢 44 第1章 绪 论第1.1节 课题的背景及意
9、义电能作为人们广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时,提高对电能质量的要求是一个国家工业生产发达、科技水平提高、社会文明程度进步的表现,是增强用电效率、节能降损、改善环境、提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的技术保证。随着现代科学技术的发展,近年来,配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、电气化铁路等负荷不断增加。这些负荷的非线性、冲击性和不平衡性的用电特性,使网络中的电压、电流波形发生畸变,或引起电压波动、闪变和三相不平衡。此外,系统侧发生的雷击线路、投切电容器组、短路。断路等,都给供电质量造成严重干扰。
10、另一方面,随着现代工业技术的不断发展和计算机技术的广泛应用,用电设备对电能质量更加敏感。低劣的供电质量将导致低劣的产品质量,特别是在重要工业生产过程中,供电的突然中断将会带来巨大的经济损失。据美国官方统计,近20年来全球范围内因电能质量引起的重大电力事故已达20多起,每年因电能质量扰和电气环境污染引起的国民经济损失高达300亿美元,电能质量直接关系到国民经济的总体效益。如何提高和保证电能质量,已成为迫切需要解决的重要课题之一。电能质量的优劣已经成为电力系统运行与管理水平高低的重要标志,控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。电能质量问题已不仅仅是电力系统中电压和频率等的基本
11、技术问题,它已被提升为关系到整个电力系统及设备的安全、稳定、经济、可靠运行,关系电气环境工程保护,关系整个国民经济的总体效益和发展战略。因此,开展电能质量控制技术的研究及相关电能质量调节装置的开发具有重要的现实意义和战略意义,成为了近年来电气工程领域研究的热点之一。N.H.Hingorani于1986年提出了灵活交流输电系统(FACTS)的概念。FACTS技术发展的两个重要特点,一是不断采用新器件,另一个特点是装置多样化,应用范围更广。一方面继续向高压大容量方向发展,另一方面,向中低压配电网的应用发展,宗旨是提高用户侧的电能质量,称之为用户电力技术。用户电力技术(Custom power)的概
12、念最早于1988年由N.H.Hingoran博士提出,这是一种应用现代电力电子技术、计算机技术和控制技术,按用户特定要求提供电力供应并实现对电能质量控制的技术。我国一些学者称用户电力技术为DFACTS,认为是FACTS 技术在配电系统应用的延伸,并做了大量的研究。1996 年,日本北海道大学和茨城大学的学者正式提出了与上述概念相似的 FRIENDS(Flexible Reliable and Intelligent Electric Energy Delivery System),并组织“FRIENDS 研究会”。两者目的都是为了建立灵活、可靠的电力供应系统,更好地满足用户需求。用户电力技术是
13、一种将电力电子技术、微处理机技术、控制技术等高新技术运用于中、低压配电和用电系统中,以减小谐波畸变,消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断,从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。用户电力技术的提出为电力公司在系统侧和用户侧以最经济的方法综合解决电能质量问题提供了一种新途径。常用的用户电力技术装置有不间断电源(UPS)、配电静止同步补偿器(D-STATCOM)、动态电压恢复器(DVR)、有源电力滤波器(APF)等。配电静止同步补偿器(D-STATCOM)是一种重要的用户电力技术装置,跟其它类型的用户电力技术装置相比较,具有功能强大、性能优良、性价比高的特点,能综合的解决配电网
14、中电压波动与闪变、电流畸变、三相电压不对称等电能质量问题,因此在配电网中颇受关注,成为了现阶段配电网无功补偿和电能质量控制的发展方向。D-STATCOM与以往的无功补偿装置如自动投切电容器组装置和SVC相比具有如下特点:(1)响应时间快。自动投切电容器组装置的响应时间需要几秒钟,这是受电容器放电时间所限制。国标规定电力电容器放电时间为3秒钟,如果放电时间太少,则电容器的剩余电荷不能放电干净,如再次投入可能会导致电容器发生过压击穿现象。(2)不会引起谐振短路。虽然该装置仍然采用并联型结构,但是它与电网之间有连接电抗器,因此不会出现并联谐振现象。(3)可以发出连续可调的感性无功和容性无功。该装置不
15、仅可以应用在感性负荷场合,还可以应用在容性负荷的场合,可以提高补偿效果,降低线路损耗。(4)精准电压控制。该装置除了可以按照功率因数或者无功功率控制之外,还可以按照电压幅值来控制,确保用户获得的电压的平稳性,降低电压纹波。(5)具有自适应功能,实现了动态补偿,可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,对补偿对象的变化有极快的响应。(6)可同时对谐波和无功功率进行补偿,补偿无功功率时不需要储能元件,补偿谐波时所需储能元件的容量不大,且补偿无功功率的大小可以做到连续调节。 (7)受电网阻抗的影响不大,不容易和电网阻抗发生谐振;且可以跟踪电网频率的变化,故补偿性能不受电网频率变化的影响。
16、目前已经研制成功以及正在运行的STATCOM所使用的功率器件大多为GTO,电压及容量较小的配电系统用STATCOM(D-STATCOM)使用IGBT。德国西门子公司已生产出用于高电压的IGBT,电压可达到5000V以上,日本东芝公司于1993年开发研制出的IEGT(电子注入增强门极晶体管)已经形成商用产品,其额定参数可达到4.5kV3000A,ABB公司于1996年开发研制出了IGCT(集成门极换向晶闸管),开通、关断时间与开关损耗进一步减小(关断时间小于5Ls),目前IGCT的额定参数可达到10kV4500A20kHz,而且可在无关断吸收电路条件下工作。目前人们正在对碳化硅和金刚石等禁带很宽
17、、击穿电场很高、同时又具有高热导率的新型半导体材料进行不断探索与研究,并已获得了初步成果。将此类新型电力电子功率器件用于D-SATCOM中,开关频率提高、装置损耗降低、体积减小、运行效率提高、使PWM技术在中压中小容量D-SATCOM中的直接应用成为可能。在中小容量D-SATCOM的场合,应用多重化技术的D-SATCOM装置结构与控制复杂,占地面积大,功率密度小,成本较高,而直接采用PWM控制技术的D-SATCOM装置可以克服上述缺点,同时省去了多重化变压器,避免了由于多重化变压器的非线性磁饱和引起的过电流,而且可以将研究成熟多种三相PWM变流器控制方法(如相幅控制、滞环电流控制、三角波比较电
18、流控制、空间矢量控制、直接功率控制等)直接运用于D-SATCOM装置的控制系统设计当中。可见开展应用于中低压系统的基于VSI-SPWM结构D-SATCOM的研究符合新型电力电子器件的发展趋势,可以为将来实现D-SATCOM在配电网中的工业应用奠定基础。第1.2节 D-SATCOM控制器设计的研究现状在中低压配电网中装设D-SATCOM装置能有效的解决配电网中常见的电能质量问题。随着电力电子技术、自动控制技术、信息处理技术和计算机技术的迅猛发展,基于电力电子技术的D-SATCOM装置得到了广泛和深入的研究。从目前国内外研究现状来看,国外发达工业国家,如美国、日本等在这方面的研究起步较早,已有工业
19、装置在电网和工业企业中投运。而我国由于受多种因数的制约,对D-SATCOM的研究还处于理论研究和实验阶段,真正应用于电网和工业企业中的工业装置不多见,其主要原因是一些关键技术和难点问题以及设备的成本问题尚未得到解决。日本关西电力与三菱电机共同研制的于1980年1月投运的世界上首台SATCOM样机。该装置容量为20Mvar,母线电压77kV,采用了晶闸管强制换相的电压型逆变器。直流侧电压917V,该直流电压是通过起动变压器、整流器、平滑电抗和6.6kV线路相连获得的。主电路结构采用了三相桥六重化方案,逆变器由六个单元逆变器组成,每个单元逆变器的输出电压波形相同,依次相差10,六个单元逆变器的输出
20、经由输出变压器串联合成为36阶的阶梯波。美国电科院和西屋公司研制的于1986年10月投入运行的1Mvar SATCOM。这是世界上首台采用大功率GTO作为逆变器元件的静止无功补偿器。因为研制的目的是验证SATCOM的基本原理,装置的容量也比较小,所以主电路也选择了两个三相桥移相30并加上滤波器的简单多重化方案。 日本关西电力公司与三菱电机公司研制的于1991年在犬山变电站投运的采用GTO的80 Mvar的STATCOM。该装置首次实现了自励式起动,主电路采用了三单相桥八重化的方案,各个桥之间移相角度依次差7.5,其中,单相桥中的每一个开关由三只4500V、3000A的GTO串联组成(其中有一只
21、作为冗余),直流侧电压4150 V,八个三单相桥共采用了576只GTO。GTO串联电路中,为了保证各只GTO上的动态均压,不仅每只GTO并联了RCD动态均压电路,而且在每只GTO的驱动电路中串联了可调电感,用来补偿各只GTO关断时间的差异。 东京电力分别与东芝公司和日立公司开发的两台于1993年投运的50Mvar SATCOM。该装置采用了三相桥四重化的方案,直流侧电压16kV,三相桥中的每个开关由12只GTO串联而成(3个模块串连,每个模块由4只GTO串联组成)。同时,为提高响应速度并降低谐波含量,两台SATCOM的三相逆变器分别采用了双脉冲和三脉冲PWM调制。美国EPRI与田纳西电力局(T
22、ennessee Valley Authority, TVA)、西屋电气公司合作于1996年10月在TVA电力系统的Sullivan 500kV 变电站投运的100Mvar的SATCOM。主变压器电压为161/5.1kV。装置采用了三相桥八重化的方案,每台逆变器的容量为12.5Mvar,三相桥中的每个开关由五只4.5kV/4kA GTO串联组成(其中一只为冗余)其运行额定电流为2kA,共采用了240只GTO。直流侧电压6.6kV。在Sullivan变电站,和100Mvar SATCOM一起安装的还有一套由SATCOM控制系统进行投切的84Mvar的开关投切式并联电容器组,这样使SATCOM的有
23、效控制范围增大了,从184Mvar的容性无功到100Mvar的感性无功。德国西门子公司在1997年研制的8Mvar Mvar。由两个Mvar组成,它们可以分别在4Mvar的范围内进行连续调节。因为单个SATCOM的容量比较小,采用了普通的三电平结构。由Alstom公司为英国国家电力公司研制的75Mvar的SATCOM,于1999年在英国的East Claydon变电站投入运行。和目前世界上其他的SATCOM相比,这台装置有两个特别之处。首先,装置是由75Mvar的SATCOM和传统的SVC(TSC容量127Mvar,滤波器容量23Mvar)共同组成的总容量为225Mvar的可移动的静止补偿器。
24、其次,该装置采用单相桥串联的链式结构的主电路方案。自1994年起,我国由清华大学和原河南省电力局合作研制的20Mvar的SATCOM工业样机,采用了三单相桥四重化的方案,于1999年在河南洛阳投入运行。该SATCOM的研制成功填补了我国FACTS工业装置的空白,成为世界上第七台投入工业运行的万千瓦级同类装置,使我国成为继美日德之后第四个能够自主生产万千乏级先进静止无功发生器的国家,并使我国自主生产万千瓦级大功率逆变器的技术取得突破。20Mvar SATCOM的研制项目2001年获国家电力公司科技进步一等奖,2002年获国家科技进步二等奖。在SATCOM的研制过程中,共有约11项技术创新,部分技
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 DSP 配电 静止 同步 补偿 控制器 设计 doc
链接地址:https://www.31doc.com/p-2268820.html