專利名稱：直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
電壓跌落已成為當(dāng)前研究供電穩(wěn)定性問題的熱點(diǎn)。引用IEEE 1159-2009標(biāo)準(zhǔn)，定義電壓跌落為供電電壓的均方根值在短時(shí)間內(nèi)突然下降到額定值的90% 10%，然后又回升至正常值的事件，其典型持續(xù)時(shí)間為O. 5 30個(gè)周波，最長持續(xù)時(shí)間為lmin。電壓跌落一般可以用兩個(gè)特征量描述跌落幅值和跳變相角。(I)跌落幅值，跌落幅值可以反映電壓跌落的程度，是描述電壓跌落的重要參數(shù)之一，通常用發(fā)生電壓跌落幅值深度(MF = UsagAJref)表示，其中Uref指跌落前的電壓有效值， Usag指電壓跌落時(shí)的電壓有效值。當(dāng)發(fā)生不對稱電壓跌落時(shí)，電壓有效值UMf、Usag指基波正序分量的有效值。由于電壓檢測只能是對不同時(shí)刻的電壓進(jìn)行采樣，采樣頻率直接影響有效值的計(jì)算結(jié)果。(2)跳變相角，電壓跌落不僅造成電壓幅值的降落，同時(shí)可能引起相角的跳變。電壓相角的跳變會(huì)造成電壓波形的缺失和電壓頻率的抖動(dòng)。電壓檢測中，通常利用鎖相技術(shù)捕獲跳變相角。并不是所有用電設(shè)備都會(huì)受到電壓相角跳變的影響，只有那些利用電壓相位工作的設(shè)備容易受到電壓相位跳變的干擾，例如利用電壓相位產(chǎn)生高頻觸發(fā)脈沖的裝置。電壓跌落問題已受到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。國際上比較知名的大公司和科研機(jī)構(gòu)都研發(fā)出了自己的電壓跌落緩解裝置，國內(nèi)在這方面主要處于理論研究和產(chǎn)品試制階段。當(dāng)前，國內(nèi)外對電壓跌落問題的研究主要集中在幾個(gè)方面電壓跌落的分析計(jì)算；電壓跌落的實(shí)時(shí)檢測；緩解電壓跌落的措施。目前，常用的緩解電壓跌落的措施有減少故障數(shù)目，縮短故障切除時(shí)間；改變系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使短路故障發(fā)生時(shí)用戶設(shè)備處的電壓擾動(dòng)最??；在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備間加裝緩解裝置；提高用電設(shè)備對電能質(zhì)量問題的抵御能力。其中，減少故障數(shù)目和縮短障切除時(shí)間是提高電能質(zhì)量最顯而易見的方法，然而真正實(shí)施起來遠(yuǎn)沒那么簡單。同樣，通過改變供電方式，比如采用兩個(gè)或多個(gè)電源對敏感負(fù)荷供電，可以有效降低電壓跌落問題的嚴(yán)重性，但代價(jià)太高。提高用電設(shè)備的抗擾能力是解決電壓跌落引起設(shè)備跳閘問題的有效方法，但事實(shí)上用戶很難依據(jù)現(xiàn)場電能質(zhì)量水平提出對電能質(zhì)量擾動(dòng)抵御能力的要求。當(dāng)前，應(yīng)用最普遍的緩解電壓跌落的方法是在供電網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備間加裝緩解裝置，例如不間斷電源(Uninterruptible Power Supply, UPS)、動(dòng)態(tài)電壓校正器(Dynamic Sag Corrector, DySC)和動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(Dynamic VoltageRestorer, DVR)。本實(shí)用新型的對象是針對動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的控制裝置。緩解電壓跌落的裝置中，采用不間斷電源解決電壓跌落問題存在大容量器件價(jià)格昂貴、儲(chǔ)能設(shè)備維護(hù)量大等缺點(diǎn)；動(dòng)態(tài)電壓校正器在工作原理上與動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器相似，但其三相電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；而動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器被認(rèn)為是目前解決電壓跌落問題最經(jīng)濟(jì)、有效的用戶電力裝置。I988 年 Narain G Hingorani 博士提出用戶電力技術(shù)(custom power, CP)概念，其核心內(nèi)容是將電力電子技術(shù)、微處理機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)運(yùn)用于中、低壓配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)就是CP家族的重要成員。1996年，西屋電氣公司(ffestinghouse Electric Corporation)首次發(fā)表了 DVR裝置的研究報(bào)告及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同年8月，西屋電氣公司與美國電力科學(xué)研究院(EPRI)聯(lián)合研制的第一臺(tái)2MVA的DVR裝置成功安裝在Duck電力公司在美國南卡羅來納州安德森(Anderson, SC)的一處12. 47kV配電系統(tǒng)上，此裝置可補(bǔ)償最大電壓跌落深度為33%。Siemens公司于1999年在加拿大Dawson Creek地區(qū)的一條25kV、500KVA的配電 線路上安裝了世界第一臺(tái)桿上緊湊式Platform-Mounted DVR (即DVRTM PM)。該裝置實(shí)際電壓等級15kV，通過自耦變壓器與25kV母線聯(lián)接，并采用直接從電網(wǎng)獲取能量的方式，省去了附加直流儲(chǔ)能設(shè)備所帶來體積、設(shè)備造價(jià)以及維護(hù)的費(fèi)用；同時(shí)，Siemens公司為蘇格蘭的一家大型造紙廠提供了世界首臺(tái)多模塊動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(Multi-Module DVRTM MV),電壓等級llkV，總負(fù)荷容量47MW。1998年和2000年，瑞士 ABB公司分別向新加坡的一家半導(dǎo)體制造廠和以色列的一家微處理器制造廠用戶提供了 DVR設(shè)備，其中ABB向以色列廠家提供的單臺(tái)容量22. 5MVA的DVR設(shè)備是目前世界上最大容量的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。該裝置采用IGCT構(gòu)成的三電平變流器，接于22kV母線，對三相電壓跌落的補(bǔ)償能力是35%，對單相電壓跌落的補(bǔ)償能力是50%,響應(yīng)時(shí)間小于Ims,可持續(xù)補(bǔ)償時(shí)間500ms。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)被認(rèn)為是目前解決電壓跌落問題最有效的用戶電力裝置。按能量提取方式的不同，DVR可以分為無儲(chǔ)能裝置類型和有儲(chǔ)能裝置類型。其中，無儲(chǔ)能裝置DVR亦稱可連續(xù)運(yùn)行動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(UDVR)。針對UDVR，國內(nèi)研究起于1998年，一些高校和研究機(jī)構(gòu)，包括東南大學(xué)、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、中國電力科學(xué)研究院以及中國科學(xué)院電工研究所等單位相繼開展對DVR的理論和實(shí)驗(yàn)研究。其中，東南大學(xué)研制的DVR試驗(yàn)裝置補(bǔ)償容量為75kVA，在國內(nèi)處于較高水平；中國電力科學(xué)研究院承擔(dān)了中壓級聯(lián)多電平DVR示范工程；中科院電工研究所則以近年來受到廣泛關(guān)注的超級電容器作為DVR的儲(chǔ)能器件，以提高DVR響應(yīng)速度，改善其動(dòng)態(tài)性能。但是與國外相比，國內(nèi)DVR的研制水平在電壓等級、容量等級以及工程實(shí)用化等方面都有較大差距。由于儲(chǔ)能單元是DVR的重要組成部分，價(jià)格昂貴，因此為了降低DVR與系統(tǒng)的有功交換，減少儲(chǔ)能單元使用容量，保障DVR能有效抑制電壓波動(dòng)，需要對DVR的補(bǔ)償方式進(jìn)行優(yōu)化控制，使得DVR在一定補(bǔ)償容量的前提下獲得最大的補(bǔ)償范圍，其補(bǔ)償效果受電壓驟降程度、持續(xù)時(shí)間、負(fù)載特性以及自身容量等因素的影響，目前主要采用的電壓補(bǔ)償策略有以下幾種(I)完全補(bǔ)償方式即以驟降前電壓為參考進(jìn)行補(bǔ)償恢復(fù)電壓，其中瞬時(shí)電壓采用對驟降前電壓外推得到，補(bǔ)償電壓則為期望瞬時(shí)電壓與實(shí)際瞬時(shí)電壓之差。這種方式對負(fù)載而言是最優(yōu)的，但電壓驟降過大或相角偏移過大時(shí)很難實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性較差，且由于負(fù)載都有一定抗擾動(dòng)能力，實(shí)際運(yùn)行條件下通常沒有必要采用完全電壓補(bǔ)償方式。(2)同相位補(bǔ)償方式即只進(jìn)行幅值補(bǔ)償，不補(bǔ)償相角變化。優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡單，補(bǔ)償速度快，DVR串連容量較小，而補(bǔ)償范圍最大。但電壓出現(xiàn)陡變或切向變化時(shí)，補(bǔ)償效果差，甚至有惡化趨勢，不適用于對相角波動(dòng)敏感的負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。(3)最小能量補(bǔ)償方式從DVR儲(chǔ)能的角度，通過引入無功功率來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，采用與網(wǎng)側(cè)電壓有一個(gè)合適的相位超前的電壓注入來進(jìn)行補(bǔ)償可以有效的減少有功功率交換，使得補(bǔ)償裝置輸出有功功率最小化來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)提供的有功功率最大化，從而使得電網(wǎng)功率因數(shù)增加，補(bǔ)償裝置功率因數(shù)減小，因此這種方式也被稱為相位超前法。在用于具有固定儲(chǔ)能容量(例如電容器)的DVR時(shí)，注入能量的減少意味著補(bǔ)償時(shí)間和范圍的增加，這種方法可以充分利用設(shè)備儲(chǔ)能，經(jīng)濟(jì)效益顯著，實(shí)現(xiàn)方式靈活，是目前最常用的補(bǔ)償策略。但由于電壓注入相位超前，因此電壓相移也可能導(dǎo)致電壓波形不連續(xù)，負(fù)荷功率出現(xiàn)擺動(dòng)。早期采用的逐步相位超前法和改進(jìn)逐步相位超前法主要適用于單相系統(tǒng)且需要以不考慮電壓補(bǔ)償限制為前提。目前國內(nèi)外研究文獻(xiàn)則主要針對三相電力系統(tǒng)電壓恢復(fù)進(jìn)行研究，并基于三相電壓空間矢量進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)電壓補(bǔ)償范圍的擴(kuò)大和注入能量的優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)負(fù)荷的要求盡量減少電壓波動(dòng)的幅度和縮短電壓波動(dòng)的時(shí)間，使補(bǔ)償方式更實(shí)用化?，F(xiàn)有DVR設(shè)備的檢測、補(bǔ)償控制系統(tǒng)安裝于DVR設(shè)備本體內(nèi)，由設(shè)置在其上位機(jī)內(nèi) 的控制程序?qū)υO(shè)備檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并對補(bǔ)償動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)已有文獻(xiàn)中描述的實(shí)際測試結(jié)果和運(yùn)行效果表明現(xiàn)有DVR設(shè)備在進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)主要不足在于響應(yīng)時(shí)間較慢、補(bǔ)償時(shí)間有限不能滿足實(shí)際補(bǔ)償需求等問題，電壓跌落檢測、補(bǔ)償策略和控制策略等問題還有待解決。目前對DVR控制裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和參數(shù)優(yōu)化時(shí)，側(cè)重點(diǎn)就是滿足電壓補(bǔ)償快速行、準(zhǔn)確性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性等方面要求。因此在針對不同優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行電壓補(bǔ)償策略研究的同時(shí)，通過何種方式來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償策略的控制也是DVR設(shè)備應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行時(shí)需要研究的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于合理延長有效補(bǔ)償時(shí)間，克服現(xiàn)有DVR設(shè)備補(bǔ)償時(shí)間較短的問題，提供了一種直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償控制裝置，可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，包括有數(shù)字信號處理器DSP、A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊、數(shù)據(jù)通信接口電路模塊和DVR設(shè)備監(jiān)控PC，所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊為十二個(gè)，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINA(TADCINA5端口，其電壓/電流信號輸入端接系統(tǒng)側(cè)接線端子排的一個(gè)接線端，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINB(TADCINB5端口，其電壓/電流信號輸入端接負(fù)荷側(cè)接線端子排的一個(gè)接線端；所述的數(shù)字信號處理器DSP是以TMS320F2812芯片為核心的控制板，所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和芯片74LCX14組成，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過芯片74LCX14與控制板DSP相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過RS-232接口與DVR設(shè)備監(jiān)控主機(jī)PC相連。所述的以TMS320F2812芯片為核心的控制板數(shù)字信號處理器DSP，由控制板內(nèi)嵌入的程序?qū)⒂?jì)算采集到的三相電壓和電流，計(jì)算有效值，并求得功率因數(shù)角φ，然后計(jì)算三相電壓幅值差和相角差，判斷是否出現(xiàn)電壓跌落。如果沒有出現(xiàn)電壓跌落，則繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)時(shí)間段采集到的三相電壓和電流；如果出現(xiàn)電壓跌落，則按步長法迭代尋找運(yùn)行補(bǔ)償相角β*，并計(jì)算出電壓補(bǔ)償量，通過輸出空間矢量PWM指令以時(shí)間最優(yōu)補(bǔ)償電壓及相角的取值，至DVR設(shè)備監(jiān)控PC，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的補(bǔ)償控制。所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊包括電阻元件Rf R7、電容元件Cf C3和運(yùn)算放大器NI、Ν2組成，電阻R7與電容C3并聯(lián)一端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R7與電容C3并聯(lián)另一端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R6 —端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R6另一端接入?yún)⒖? 5V電壓AVCC，運(yùn)算放大器NI的輸出端和負(fù)極性輸入端與運(yùn)算放大器Ν2的正極性輸入端相連，運(yùn)算放大器Ν2的負(fù)極性輸入端與電阻R1、R2、R4串聯(lián)，其外端為電壓/電流信號輸入端，電阻R3和電容C2并聯(lián)后外端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R3另一端接電阻Rl和電阻R2之間，電容C2另一端接電阻R2和電阻R4之間，電阻R5和電容 Cl并聯(lián)后一端接入運(yùn)算放大器N2的輸出端，電阻R5另一端接電阻R2和電阻R4之間，電容Cl另一端接運(yùn)算放大器N2的負(fù)極性輸入端，運(yùn)算放大器N2的輸出端為A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口。所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口可以實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)電力系統(tǒng)母線電壓/電流的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，它提供DSP處理器與實(shí)際電力系統(tǒng)的連接通道，經(jīng)由電阻和電容組成的降壓及濾波回路實(shí)現(xiàn)幅值壓縮，并通過運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)反饋放大即可轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜赥MS320F2812芯片的單極性O(shè) 3V范圍內(nèi)的數(shù)字信號。所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和芯片74LCX14組成，芯片74LCX14的輸入端與控制板DSP的XINT1_XBI0和SCIRXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的Tl IN端口與控制板DSP的SCITXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T2IN端口與控制板DSP的XF/XPLILDIS端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的TlOUT端口與RS-232接口的2引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T20UT端口與RS-232接口的8引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的RlIN端口與RS-232接口的3引腳相連。所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊中的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232可以將TMS320F2812芯片輸出的DVR設(shè)備補(bǔ)償電壓和相角PWM指令信號進(jìn)行升壓后轉(zhuǎn)換為高電平串行信號，經(jīng)濾波處理和負(fù)反饋調(diào)制與DVR設(shè)備監(jiān)控PC間使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口進(jìn)行通信，傳送DVR設(shè)備補(bǔ)償電壓和相角PWM指令信號。所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，所述的系統(tǒng)側(cè)接線端子排和負(fù)荷側(cè)接線端子排與電力系統(tǒng)相連，并與參考+ 5VAVCC電壓和參考地AGND共同構(gòu)成十二路模擬三相交流電壓/電流信號，通過十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊將電力系統(tǒng)母線負(fù)荷側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的共計(jì)十二路模擬三相交流電壓/電流信號轉(zhuǎn)化為可用于控制回路的數(shù)字信號。本實(shí)用新型的有益效果是所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其采用控制板DSP、A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊、數(shù)據(jù)通信接口電路模塊和DVR設(shè)備監(jiān)控PC相連的結(jié)構(gòu)模式，在發(fā)生短路故障等電壓跌落條件下，能有效對并網(wǎng)電力系統(tǒng)電壓進(jìn)行無功補(bǔ)償，采用步長法根據(jù)負(fù)荷側(cè)和電網(wǎng)側(cè)間的相角差變化，尋找直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的最佳運(yùn)行點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償時(shí)間最優(yōu)；A/D轉(zhuǎn)換接口裝置可以實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)母線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；DSP控制板+數(shù)據(jù)通訊接口電路可以實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的處理、分析計(jì)算和控制指令的輸出；實(shí)現(xiàn)對DVR設(shè)備運(yùn)行方式的控制。由DSP控制板寫入的補(bǔ)償控制軟件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償流程控制。補(bǔ)償時(shí)遵循的原則是使DVR運(yùn)行時(shí)獲得最大持續(xù)補(bǔ)償時(shí)間，而且β的改變量盡量小，可以按不同條件決定補(bǔ)償方向，計(jì)算量明顯減少，且簡單易行，響應(yīng)速度快。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。圖I為本實(shí)用新型的控制控制裝置硬件及電路結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)采用的時(shí)間最優(yōu)補(bǔ)償方法相量圖；圖3本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)采用的時(shí)間最優(yōu)補(bǔ)償方法流程圖； 圖4本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)采用的空間矢量PWM流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。如圖I至4所示，所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償控制裝置，包括有控制板DSP (TMS320F2812芯片)、A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊、數(shù)據(jù)通信接口電路模塊和DVR設(shè)備監(jiān)控PC。所述的控制板DSP以TMS320F2812芯片為核心的控制元件，TMS320F2812芯片是由美國德州儀器公司(Texas Instuments Incrporation,簡稱TI公司)研發(fā)的32位數(shù)字信號處理器，可執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、布爾邏輯、乘法和移位操作，能夠進(jìn)行可視化的實(shí)時(shí)仿真和中斷處理，具備16路A/D轉(zhuǎn)換器(ADCINA(TADCINA7以及ADCINB(TADCINB7)，具備包含通用定時(shí)器和PWM生成等單元的事件管理器，具備串行通信接口 SCI模塊及外部接口總線。TMS320F2812芯片支持通過匯編、C/C++語言開發(fā)控制軟件。所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊為十二個(gè)，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINA(TADCINA5端口，其電壓/電流信號輸入端接系統(tǒng)側(cè)接線排的一個(gè)接線端，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINB(TADCINB5端口，其電壓/電流信號輸入端接負(fù)荷側(cè)接線排的一個(gè)接線端。所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊包括電阻元件Rf R7、電容元件Cf C3和運(yùn)算放大器NI、N2組成，電阻R7與電容C3并聯(lián)一端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R7與電容C3并聯(lián)另一端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R6 —端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R6另一端接入?yún)⒖? 5V電壓AVCC，運(yùn)算放大器NI的輸出端和負(fù)極性輸入端與運(yùn)算放大器N2的正極性輸入端相連，運(yùn)算放大器N2的負(fù)極性輸入端與電阻R1、R2、R4串聯(lián)，其外端為電壓/電流信號輸入端，電阻R3和電容C2并聯(lián)后外端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R3另一端接電阻Rl和電阻R2之間，電容C2另一端接電阻R2和電阻R4之間，電阻R5和電容Cl并聯(lián)后一端接入運(yùn)算放大器N2的輸出端，電阻R5另一端接電阻R2和電阻R4之間，電容Cl另一端接運(yùn)算放大器N2的負(fù)極性輸入端，運(yùn)算放大器N2的輸出端為A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口。所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口是實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)電力系統(tǒng)母線電壓/電流的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)非常重要的單元，它提供DSP處理器與實(shí)際電力系統(tǒng)的連接通道，通過這個(gè)單元可以檢測諸如電壓、電流、溫度、濕度等模擬量，由于目前并網(wǎng)電力系統(tǒng)二次信號通過變換器后均為電壓量，因此接入的模擬量信號必須是介于最小允許電壓Vmin和最大允許電壓Vmax之間的、正比于原始信號的電壓信號。在DSP處理器(TMS320F2812芯片)中，ADC模塊的Vmin=OV, Vmax=3V,因此必須用接口電路將正負(fù)變化的交流模擬信號變?yōu)閱螛O性O(shè) 3V范圍內(nèi)的信號，才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。具體實(shí)施方法由AD轉(zhuǎn)換采樣接口的輸入端直接接入并網(wǎng)母線系統(tǒng)側(cè)及負(fù)荷側(cè)的電壓及電流二次信號，由于該信號幅值為O 5V范圍內(nèi)的交流模擬量，經(jīng)由電阻和電容組成的降壓及濾波回路實(shí)現(xiàn)幅值壓縮，并通過運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)反饋放大即可轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜赥MS320F2812芯片的單極性O(shè) 3V范圍內(nèi)的數(shù)字信號。所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和芯片74LCX14組成，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過芯片74LCX14與控制板DSP相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過RS-232接口與DVR設(shè)備監(jiān)控PC相連。所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和反相器芯片74LCX14組成，芯片74LCX14的輸入端與控制板DSP的XINT1_XBI0和串行通信接口 SCIRXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的Tl IN端口與控制板DSP的串行通信接口 SCITXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T2IN端口與控制板DSP的XF/XPLILDIS端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的TlOUT端口與RS-232接口的2引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T20UT端口與RS-232接口的8引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的RlIN端口與RS-232接口的3引腳相連。所述DVR設(shè)備監(jiān)控PC即DVR設(shè)備上位機(jī)，其內(nèi)部由DVR設(shè)備生產(chǎn)商或運(yùn)行管理部門設(shè)置控制程序可以實(shí)現(xiàn)對DVR補(bǔ)償設(shè)備動(dòng)作進(jìn)行控制，也可以對外部指令作出相應(yīng)，為了實(shí)現(xiàn)DVR設(shè)備監(jiān)控PC與本實(shí)用新型裝置之間的數(shù)據(jù)通信以向其發(fā)送外部指令，需要在DVR設(shè)備監(jiān)控PC的功能擴(kuò)展槽中安裝9針RS-232接口，與單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232上部的9針RS-232接口之間采用9針串口線進(jìn)行連接。所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其在實(shí)施時(shí)，所述的系統(tǒng)側(cè)接線端子排和負(fù)荷側(cè)接線端子排與電力系統(tǒng)相連，并與參考+ 5V AVCC電壓和參考地AGND共同構(gòu)成十二路模擬三相交流電壓/電流信號，通過十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊將電力系統(tǒng)母線負(fù)荷側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的共計(jì)十二路模擬三相交流電壓/電流信號轉(zhuǎn)化為可用于控制回路的數(shù)字信號。所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其補(bǔ)償控制的實(shí)現(xiàn)思想是分析由電壓檢測算法得到的電壓跌落特征量信息，根據(jù)補(bǔ)償策略計(jì)算DVR補(bǔ)償電壓指令的幅值和相角。對于有儲(chǔ)能裝置的DVR，直流電容器是最常見的儲(chǔ)能方式。當(dāng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，DVR通過直流電容器放電向電網(wǎng)注入能量。圖2所示的單相量圖說明了 DVR的時(shí)間優(yōu)化能量補(bǔ)償方法。圖中φ為負(fù)荷功率因數(shù)角，β為電壓跌落補(bǔ)償時(shí)負(fù)荷側(cè)電壓超前電網(wǎng)側(cè)電壓的相角。由于注入電壓UDVK—E含有有功分量,于是某個(gè)跌落時(shí)電壓Uf^1向β角減小的方向旋轉(zhuǎn)得到恢復(fù)電壓Us,2和新的注入電壓Udvkjt,并有UDVK—Ε與Udvkjt的相量幅值差A(yù)Udvk及相量有功分量差Λ Udvk P產(chǎn)生。此時(shí)，假設(shè)I為單位相量，則Λ Udvk P的量值與兩種補(bǔ)償方式下DVR的注入有功功率差Λ P胃相等，從圖中可以看出Λ Udvk > APdvro已有文獻(xiàn)表明，DVR的注入有功功率越大越不利于延長補(bǔ)償時(shí)間，而注入電壓幅值越小越有利于延長補(bǔ)償時(shí)間，則一定存在特定的運(yùn)行相角β *使得DVR獲得最大的持續(xù)補(bǔ)償時(shí)間。計(jì)算量較小的β角控制流程如圖3所示。實(shí)際工作步驟并網(wǎng)母線系統(tǒng)側(cè)及負(fù)荷側(cè)的電壓及電流二次信號，經(jīng)前述A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路處理后的數(shù)字信號，接入TMS320F2812芯片的信號接口，由控制板內(nèi)嵌入的程序?qū)⒂?jì)算采集到的三相電壓和電流，計(jì)算有效值，并求得功率因數(shù)角P，然后計(jì)算三相電壓 幅值差和相角差，判斷是否出現(xiàn)電壓跌落。如果沒有出現(xiàn)電壓跌落，則繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)時(shí)間段采集到的三相電壓和電流；如果出現(xiàn)電壓跌落，則按步長法迭代尋找運(yùn)行補(bǔ)償相角β*，過程如下β由一 180°變化至+180°，迭代步長為Λ β時(shí)，依次以時(shí)間T對相角β求一階導(dǎo)數(shù)dT/di3的正負(fù)和當(dāng)前β取值的正負(fù)為基礎(chǔ)，按照①(1Τ/(1β〈O且β〈O則Λ β為正值 ’②dT/d0 = O且β〈O則Λ β為正值dT/d β >0且β〈O貝U Λ β為正值；(D dT/d β >0且β =0則Λ β為正值；⑤dT/d β >0且β >0則Λ β為正值；⑥dT/d β =0且β >0則Λ β為正值；⑦dT/d β〈0且β >0則Δ β為負(fù)值；⑧dT/di3〈0且β>0則Λ β為負(fù)值的順序搜索最佳運(yùn)行相角β*，然后并計(jì)算出電壓補(bǔ)償量，即可得到時(shí)間最優(yōu)補(bǔ)償電壓及相角指令，指令形式為空間矢量PWM子程序產(chǎn)生的PWM波形。空間矢量PWM指令的生成流程如圖4所示。TMS320F2812芯片的事件管理器通常會(huì)包括通用定時(shí)器、比較器、PWM單元和捕獲單元等。該事件管理器無電壓跌落條件時(shí)自動(dòng)清除中斷記錄，由復(fù)位指令循環(huán)刷新外部顯示，而在檢測到電壓跌落時(shí)會(huì)在β角控制流程結(jié)束時(shí)執(zhí)行中斷服務(wù)程序，該服務(wù)程序產(chǎn)生空間矢量PWM波形信號，該信號由零向量和非零向量形成，其持續(xù)時(shí)間由β*角度確定，在計(jì)算需要補(bǔ)償容量的有功和無功分量后，確定工作扇區(qū)，計(jì)算電壓零向量和非零向量持續(xù)時(shí)間作為比較器的值，裝載比較寄存器，TMS320F2812芯片的串行通信接口 SCITXDA端口和XF/XPLILDIS端口就能得到一個(gè)PWM指令信號，其輸出指令具有較高的母線電壓利用率和較低的輸出電壓/電流諧波，控制精度較聞。所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊中的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的TlIN端口和T2IN端口接收由TMS320F2812芯片的串行通信接口 SCITXDA端口和XF/XPLILDIS端口輸出的DVR設(shè)備補(bǔ)償電壓和相角PWM指令信號，將其升壓后轉(zhuǎn)換為高電平串行信號，經(jīng)電容C6、C7濾波處理后單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的TlIN端口和T2IN端口通過反相器芯片74LCX14將上述信號的負(fù)反饋信號發(fā)送至TMS320F2812芯片的串行通信接口 SCIRXDA端口和XINT1_XBI0實(shí)現(xiàn)信號的穩(wěn)定調(diào)制與TMS320F2812芯片的全雙工通信，經(jīng)過調(diào)制的DVR設(shè)備補(bǔ)償電壓和相角指令由MAX232的TlOUT端口和T20UT端口輸出并使用標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口經(jīng)9針串行線和DVR設(shè)備監(jiān)控PC內(nèi)的RS-232接口發(fā)送至DVR設(shè)備監(jiān)控PC，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的補(bǔ)償控制。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其特征在于包括有數(shù)字信號處理器DSP、A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊、數(shù)據(jù)通信接口電路模塊和DVR設(shè)備監(jiān)控PC，所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊為十二個(gè)，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINA(TADCINA5端口，其電壓/電流信號輸入端接系統(tǒng)側(cè)接線端子排的一個(gè)接線端，十二個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊中前六個(gè)A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口分別接控制板DSP的ADCINB(TADCINB5端口，其電壓/電流信號輸入端接負(fù)荷側(cè)接線端子排的一個(gè)接線端；所述的數(shù)字信號處理器DSP是以TMS320F2812芯片為核心的控制板，所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和芯片74LCX14組成，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過芯片74LCX14與控制板DSP相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232通過RS-232接口與DVR設(shè)備監(jiān)控主機(jī)PC相連。
2.如權(quán)利要求I所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊包括電阻元件Rf R7、電容元件Cf C3和運(yùn)算放大器N1、N2組成，電阻R7與電容C3并聯(lián)一端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R7與電容C3并聯(lián)另一端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R6 —端接入運(yùn)算放大器NI的正極性輸入端，電阻R6另一端接入?yún)⒖? 5V電壓AVCC，運(yùn)算放大器NI的輸出端和負(fù)極性輸入端與運(yùn)算放大器N2的正極性輸入端相連，運(yùn)算放大器N2的負(fù)極性輸入端與電阻R1、R2、R4串聯(lián)，其外端為電壓/電流信號輸入端，電阻R3和電容C2并聯(lián)后外端接入?yún)⒖嫉谹GND，電阻R3另一端接電阻Rl和電阻R2之間，電容C2另一端接電阻R2和電阻R4之間，電阻R5和電容Cl并聯(lián)后一端接入運(yùn)算放大器N2的輸出端，電阻R5另一端接電阻R2和電阻R4之間，電容Cl另一端接運(yùn)算放大器N2的負(fù)極性輸入端，運(yùn)算放大器N2的輸出端為A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊的輸出端口。
3.如權(quán)利要求I所述的直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)通信接口電路模塊由單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232和芯片74LCX14組成，芯片74LCX14的輸入端與控制板DSP的XINT1_XBI0和SCIRXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的Tl IN端口與控制板DSP的SCITXDA端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T2IN端口與控制板DSP的XF/XPLILDIS端口相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的TlOUT端口與RS-232接口的2引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的T20UT端口與RS-232接口的8引腳相連，單電源電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的RlIN端口與RS-232接口的3引腳相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種直流電容器儲(chǔ)能型動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓跌落補(bǔ)償裝置。其采用控制板DSP、A/D采樣轉(zhuǎn)換接口電路模塊、數(shù)據(jù)通信接口電路模塊和DVR設(shè)備監(jiān)控PC相連的結(jié)構(gòu)模式，由DSP控制板寫入的補(bǔ)償控制軟件實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償流程控制。補(bǔ)償時(shí)遵循的原則是使DVR運(yùn)行時(shí)獲得最大持續(xù)補(bǔ)償時(shí)間，而且β的改變量盡量小，可以按不同條件決定補(bǔ)償方向，計(jì)算量明顯減少，且簡單易行，響應(yīng)速度快。
文檔編號H02J3/16GK202602293SQ20122022027
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者溫志偉, 張曉英, 顧烜, 呂斌, 張睿, 秦睿, 呂景順 申請人:甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院