靜止無功功率發(fā)生器控制單元設(shè)計

摘要我國電力工業(yè)蒸蒸日上，電力需求也猛增，伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高壓輸電網(wǎng)絡(luò)日趨成型，但同時對電網(wǎng)的無功功率要求越來越高。無功補償能提高電網(wǎng)功率因數(shù)，提高電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全運行。靜止無功發(fā)生器應(yīng)運而生。由于其重要性，靜止無功發(fā)生器收到越來越多的關(guān)注和研究。本次設(shè)計對靜止無功發(fā)生器的控制單元進(jìn)行了研究和實驗分析。本課題主要包括以下內(nèi)容：（1）簡單介紹了課題的來源和意義，無功補償設(shè)備的發(fā)展和靜止無功發(fā)生器的研究現(xiàn)狀。系統(tǒng)分析了靜止無功發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）經(jīng)過對瞬時無功理論研究之后，分析了兩種無功電流的檢測方法：p、q檢測方法和、檢測方法。（3）介紹了無功發(fā)生器的控制方法，PWM變流器的控制方式有直接和間接兩種。對電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制進(jìn)行了研究。對兩種控制方法的控制原理進(jìn)行了說明（4）對電路的軟硬件進(jìn)行了整體的設(shè)計，包括模塊程序流程和參數(shù)選擇。關(guān)鍵詞：靜止無功發(fā)生器，逆變器，無功補償AbstractWiththecontinuousdevelopmentofChina'spowerindustry,therapidgrowthofelectricitydemandandrapideconomicdevelopment,awiderangeofhigh-voltagetransmissionnetworkgradually,whilethereactivepowergridrequirementsbecomemorestringent.Reactivepowercompensationcanimprovethepowerfactoroftheelectricnetwork,improvethepowerqualityandensurethesafeoperationofitsessentialparts.Basedontheimportanceofreactivepowerandreactivepowergridonthegrowingdemand,requiresalotofreactivepowercompensationequipmentinoperation.ThispaperaimstoSTATCOMcontrolunitdepthresearchandexperimentalanalysis.Themaintopicsincludethefollowing:⑴summarydescribestheoriginandsignificanceofissues,thedevelopmentofreactivepowercompensationequipmentandstaticreactivepowergeneratorforthestatusquo.OfSTATCOMfromthebasicstructureandprincipleonthesystemanalysis,andconductedmodeling.⑵Afterasystematicandcomprehensivetheoryofinstantaneousreactivepowerofthestudy,theanalysisofreactivecurrentdetectionoftwomethods:p,qtestmethodsanddetectionmethods.⑶IntroducedSTATCOMcontrolmethods,PWMconvertercontrolmodeisdividedintodirectcurrentcontrolandindirectcurrentcontrol,andanalysisderivedinnercurrentloopvoltageouterloopcontrolstrategyfordouble-loopcontrolstrategyforthisstudy.Foreachcontrolmethodandthecontrolprincipleofadetail.⑷Thedesignofthehardwarecircuitandsoftwaredesign,includingparameterselectionandprogramflowofeachmodule.Keywords:STATCOM;reactivepowercompensation;inverter目錄摘要 IAbstract II目錄 III第一章緒論 -1-1.1課題意義 -1-1.2.1并聯(lián)電容器 -1-1.2.1SVC簡介 -2-1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -2-1.4設(shè)計主要內(nèi)容 -3-第二章SVG的系統(tǒng)分析 -4-2.1SVG基本原理 -4-2.1.1SVG的組成 -4-2.1.2SVG的結(jié)構(gòu) -5-2.1.3SVG的工作原理 -5-2.2SVG的工作特性 -7-2.3本章小結(jié) -8-第三章瞬時無功電流的檢測 -9-3.1三相電路瞬時無功功率理論 -9-3.2p、q運算方式 -11-3.2.1原理圖 -11-3.2.2檢測原理 -11-3.3-運算方式 -11-3.3.1-運算方式的原理圖 -12-3.3.2檢測原理 -12-3.4本章小結(jié) -13-第四章SVG的控制方法 -14-4.1電流的直接控制 -14-4.2電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略 -16-4.2.1電壓外環(huán) -18-4.2.2電流內(nèi)環(huán) -19-4.3本章小結(jié) -22-第五章SVG的整體設(shè)計 -23-5.1硬件設(shè)計 -23-5.1.1電壓過零檢測電路 -24-5.1.2電流的檢測 -25-5.1.3控制器選擇 -25-5.1.4鎖相環(huán)電路 -26-5.1.5數(shù)字PI控制器的設(shè)計方法 -27-5.1.6SPWM控制原理設(shè)計 -28-5.1.7采集電路 -28-5.1.8直流電壓采樣 -30-5.1.9電壓轉(zhuǎn)換電路 -30-5.1.10保護電路 -31-5.2軟件設(shè)計 -32-5.2.1主程序 -32-5.2.2中斷服務(wù)程序 -33-5.2.3初始化問題 -35-5.2.4PI調(diào)節(jié)器 -35-5.2.5數(shù)據(jù)采集 -36-5.2.6過零檢測 -37-5.2.7PWM輸出 -38-5.3本章小結(jié) -40-結(jié)論 -41-致謝 -42-參考文獻(xiàn) -43-附錄 -44-第一章緒論電網(wǎng)中有感性或容性負(fù)載，不可避免的出現(xiàn)無功功率問題。這些無功功率如果不能得到及時的補償，有可能造成電力系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，對電力系統(tǒng)的安全運行和設(shè)備的安全運行造成威脅，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也很受到很大的干擾。無功功率對電網(wǎng)如此的重要使得無功功率的研究具有很高的研究價值。電網(wǎng)是一個動態(tài)的、時刻快速變化的系統(tǒng)，基于這種要求，動態(tài)無功補償應(yīng)運而生，同時收到越來越多的關(guān)注和研究。1.1課題意義電力系統(tǒng)和現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)很多的電壓波動及閃變，電壓波形出現(xiàn)畸形，功率因數(shù)低還有不平衡負(fù)荷導(dǎo)致的電網(wǎng)電壓不平衡。各行各業(yè)都對電能質(zhì)量問題很關(guān)注，要求電能不僅能持續(xù)，更要求穩(wěn)定良好。要解決這些問題，就得對電網(wǎng)進(jìn)行無功補償。在經(jīng)濟和技術(shù)的支持下，對無功補償裝置進(jìn)行了深入的研究。目前，SVG裝置能很好的補償負(fù)荷的無功功率問題，改善電能質(zhì)量，值得深入探討。無功補償裝置主要經(jīng)歷了同步調(diào)相機、電容器、SVC和SVG幾個階段。同步調(diào)相機作為早期的無功補償裝置，已漸漸不能適應(yīng)現(xiàn)代的需要，目前很少使用了。1.2.1并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器能增大局部電壓，吸收無功功率。并聯(lián)電容器價格便宜，安裝方便，操作容易，穩(wěn)定運行，方便維護，很受歡迎。但是即無功功率輸出與電壓的平方成正比，低壓時系統(tǒng)需要很多的無功功率，而無功輸出很少，造成無法補償?shù)木置?。另外，如果電壓穩(wěn)定，電容器不能提供變態(tài)的功率補償，還可能造成過補償或欠補償。并聯(lián)電容器無功功率補償方式有分組補償，就地補償，集中補償三種。1.2.1SVC簡介70年代以后，靜止無功補償裝置受到親睞。靜止無功補償裝置往往專指使用晶閘管的靜止無功補償裝置，包括晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactorTCR）和晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitorTSC），以及這兩者的混合裝置（TCR+TSC）等。靜止無功補償裝置能連續(xù)調(diào)節(jié)補償裝置的無功功率。晶閘管投切電容器TSC何時投切可控，響應(yīng)快，能實現(xiàn)動態(tài)補償，能較少電壓波動，提高電能質(zhì)量，減少損耗。但TSC不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只能分組投切，與TCR配合使用，才能連續(xù)調(diào)節(jié)，不經(jīng)濟。SVG是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行發(fā)生和吸收無功功率的無功功率動態(tài)補償裝置。其基本原理就是直接控制其交流側(cè)電流或者將自換相的橋式電路通過電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，就可以使電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)無功動態(tài)補償?shù)哪康摹VG分為電流型橋式電路和電壓型橋式電路兩種類型。PWM技術(shù)能大大較少補償電流中諧波的含量，是SVG發(fā)展的基礎(chǔ)，能夠動態(tài)平滑的調(diào)節(jié)瞬時無功功率，還縮小了成本和體積，前途一片光明。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從上世紀(jì)70年代開始，成果相繼問世：1972年日本就研究了晶閘管的橋式電路被強迫換相當(dāng)做調(diào)相的裝置。1976年各種利用半導(dǎo)體變流器對裝置無功補償?shù)姆桨副幻绹鴮W(xué)者L.Gyugyi利用，最受歡迎的當(dāng)然是自換相的橋式變流裝置。1980年日本研制出來功率為20MVA采用晶閘管強制換相的電壓型逆變器，并投入運營。1986年10月，由美國電力研究院和美國西屋電氣公司共同研制1Mvar的ASVG投入運行，這是世界上第一次運用大功率門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）作為逆變器元件的靜止補償器。1991年，日本關(guān)西電力公司和三菱電機公司研制成功80Mvar的ASVG在犬山變電站154KV電網(wǎng)中運行，維持了該系統(tǒng)長距離送電線路中間點電壓的恒定，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。1993年3月，2臺50MvarASVG被東京電力分別與東芝公司和日立公司開發(fā)的在東京所屬新信濃變電所使用運營。1996年10月美國田納西電力局(Tennesseevalleyauthority,縮寫為TVA)、西屋電氣公司合作，在電力系統(tǒng)的500KV變電站建造了100MvarASVG，并于投入運營至今，運行情況良好。美國電力(AmericanElectricPower，縮寫為AEP)和西屋公司合作，研制目前世界上唯一的一臺由靜止同步發(fā)生器（SVG）和靜止串聯(lián)補償器（SSSC）組成的統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)。該裝置并聯(lián)部分靜止同步發(fā)生器（SVG）己于1997年7月完成，串聯(lián)部分補償器（SSSC）于1998年6月投入運行。在國內(nèi)，90年代之前還較大進(jìn)展，只有一些清華大學(xué)的知識分子做過相應(yīng)的探討，搞了一些比較具體的工作，得到了一些實際成果，相應(yīng)的理論也得到了發(fā)展。1994年河南省電力局和清華大學(xué)共同研制了20MvarASVG這是電力部門的重大研究項目，并于2000年6月成功地通過了鑒定，這是國內(nèi)首臺投入應(yīng)用的大容量柔性交流輸電裝置。但是，還存在很多問題：武功電流檢測的誤差的問題，算法的改進(jìn)問題，控制方法的問題，參數(shù)選擇問題。1.4設(shè)計主要內(nèi)容（1）介紹SVG的基本原理，對其特性進(jìn)行模型分析。（2）電流檢測的兩種方法：p、q運算方式和、運算方式。（3）SVG間接和直接控制方法，重點研究了電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙向控制策略。（4）對裝置進(jìn)行了軟硬件的設(shè)計。以雙向控制策略、檢測方法為指導(dǎo)，還對各個木塊畫的東西進(jìn)行了介紹。第二章SVG的系統(tǒng)分析靜止無功發(fā)生器是指由自換相的電力半導(dǎo)體橋式變流器來進(jìn)行發(fā)生和吸收無功功率的無功功率動態(tài)補償裝置。SVG是直流變交流，交流在變直流的裝置，在變交流送往各個元件的裝置，逆變器是其核心，主要是IGBT。2.1SVG基本原理SVG簡單來說就是將橋式電路通過電容器并聯(lián)在電網(wǎng)上，通過調(diào)節(jié)電壓幅值和相位或直接對交流測的電流進(jìn)行控制，來達(dá)到滿足系統(tǒng)的無功需要，實現(xiàn)動態(tài)實時的無功補償。2.1.1SVG的組成同步信號控制器同步信號控制器脈沖發(fā)生器曲折變壓器逆變器SVG主電路保護板監(jiān)測監(jiān)測驅(qū)動板檢測高壓母線TV變壓器主斷路器圖2.1SVG裝置構(gòu)成SVG有變流器，斷路器，曲折變壓器，電抗器，電壓、電流互感器，監(jiān)測、控制、驅(qū)動、保護電路構(gòu)成。電壓電流互感器能得到裝置的工作狀況，還有隔離的作用；監(jiān)測電路對信號進(jìn)行實時監(jiān)測；驅(qū)動電路能讓指令順利完成，保護電路能讓電路安全正常工作。他們相輔相成，缺一不可。2.1.2SVG的結(jié)構(gòu)PWM整流電路分為電壓型和電流型兩大類，其結(jié)構(gòu)的電路分別如下：（1）電壓型橋式電路（2）電流型橋式電路目前，主要是電壓型整流電路。與無功功率有關(guān)的能量都是可以雙向流動的，既可以流往負(fù)載側(cè)，也可以從負(fù)載側(cè)流往電源側(cè)。但是電網(wǎng)的能量只是所有元件有功功率之和，不管負(fù)荷功率因數(shù)如何，只要在三相平衡電路中，就滿足這個關(guān)系。用三相橋式變流電路能將三相給統(tǒng)一起來，考慮到變流裝置不僅僅吸收基波分量，還有諧波分量。在直流側(cè)安裝一個大小合適的電感作為儲能元件，能維持橋式電路的正常運行。2.1.3SVG的工作原理通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷，將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)變成與電網(wǎng)同頻率的交流側(cè)電壓，其實跟逆變器一樣，只是其交流側(cè)輸出接的是電網(wǎng)而不是所謂的負(fù)載。當(dāng)僅僅考慮基頻的時候，SVG可等效為相位和幅值都可控的并且與電網(wǎng)頻率相同的電壓源，通過交流電抗器連到電網(wǎng)上。以單相等效電路為例：=1\*GB4㈠不計電抗器和變流器損耗時的工作原理如圖2-3所示，設(shè)電網(wǎng)電壓用相量表示，SVG輸出的交流電壓用表示，連接電抗的電流是可以由其電壓來控制的，則連接電抗X上的電壓即為和的相量差，這個電流就是SVG從電網(wǎng)吸收的電流。通過改變SVG交流側(cè)輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。電流超前電流滯后電流超前電流滯后圖2-3SVG等效電路及工作原理（不考慮損耗）a單相等效電路b相量圖在圖2-3a的等效電路中，可將連接電抗器當(dāng)做純電感來看待，不計及損耗以及變流器的損耗，因此不必從電網(wǎng)吸收有功功率。在這種情況下，只需使與同相，僅改變的幅值大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90°，并且可控制該電流的大小。如圖2-3b所示，當(dāng)大于時，電流超前電壓90°，SVG吸收容性的無功功率；當(dāng)小于時，電流滯后電壓90°，SVG吸收感性的無功功率。=2\*GB4㈡計及電抗器和變流器損耗時的工作原理當(dāng)計及到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗（如管壓降、線路電阻等），并且將電抗器的電阻作為總損耗，則SVG的實際等效電路如圖2-4a所示，它電流超前和滯后工作的相量圖如圖2-4b所示。運行在這情形下，變流器電壓與電流還是差了90°，當(dāng)然變流器無需有功功率。而系統(tǒng)作為能源向電路中提供一定的有功能量，相對于電網(wǎng)電壓來說，電流中有一定的有功基波分量。角是指變流器電壓與電網(wǎng)電壓之間的差值。變化，同時改變的幅值，產(chǎn)生的電流的相位和大小也就會隨之改變，靜止無功補償器有效調(diào)節(jié)了系統(tǒng)的無功功率。電流滯后電流超前電流滯后電流超前圖2-4SVG等效電路及工作原理（考慮損耗）a單相等效電路b相量圖圖2-4中，如果把變流器自己的損耗也計算到二次側(cè)，也把其一期想到電抗器電阻中。但是呢，其損耗是變流器內(nèi)部的損耗，電網(wǎng)提供一定量的有功功率給變流器作為補償。所以，實際上變流器二次邊電壓與電流的相位差不正好是90°，即是應(yīng)當(dāng)比90°稍微小點。2.2SVG的工作特性SVG的工作特性包括：SVG的U-I特性根據(jù)SVG的工作原理可知，SVG的U-I性質(zhì)如圖2-5b。SVC和SVG一樣，通過變化控制系統(tǒng)的參數(shù)（電網(wǎng)電壓的參考值）讓U-I曲線或上火下移動。圖2-5可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓上升，補償器的U-I性質(zhì)向上移動時，SVG可以改變其變流器二次變電壓的幅值和相位，以使其所能供給的最大無功電流和維持不變，他們只受到電力半導(dǎo)體器件的電流容量限制。靜止無功補償?shù)倪\行范圍和矩形很相似。圖2-5U-I特性對于對輸電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補償?shù)难b置，對直流側(cè)電源可以短時間內(nèi)提供一定銷量的有功功率，這對電網(wǎng)至關(guān)重要。響應(yīng)速度快。在PWM應(yīng)用時，SVG可以抑制高次諧波，讓其分布很少，另外可實現(xiàn)分相調(diào)節(jié)，損耗少而且噪聲也很小。與其他無功補償裝置相比,SVG具有以下優(yōu)越性：=1\*GB2⑴控制靈活、調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍廣。在感性和容性運行工況下均可連續(xù)快速調(diào)節(jié)，相應(yīng)速度可達(dá)毫秒級。=2\*GB2⑵諧波量小。=3\*GB2⑶連接電抗小。=4\*GB2⑷運行范圍大。=5\*GB2⑸采用數(shù)字控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護，可以節(jié)省大量的維護用。=6\*GB2⑹SVG的直流側(cè)采用較大的儲能電容，或者其它直流電源后，理論上它不僅可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，還可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率。=7\*GB2⑺在提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼振蕩等方面的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的同步調(diào)相機。=8\*GB2⑻對系統(tǒng)電壓進(jìn)行瞬時補償，即使系統(tǒng)電壓降低，它仍然可以維持最大無功電流，即SVG產(chǎn)生無功電流基波不受系統(tǒng)電壓的影響。2.3本章小結(jié)本章介紹了SVG的組成、結(jié)構(gòu)、工作原理以及工作特性，特別是電壓電流特性，并指出了SVG相對于其它無功補償裝置的優(yōu)越性。通過本章的介紹，可以大體知道SVG的粗略概況，為以后的深刻認(rèn)識奠定了基礎(chǔ)，也為以后的分析奠定了理論基礎(chǔ)。第三章瞬時無功電流的檢測無功補償首先得知道要補償?shù)牧炕蛘哒f要跟蹤監(jiān)測的無功電流是多少。靜止無功發(fā)生器能否快速實時準(zhǔn)確的檢測出無功電流信號，決定了其對電玩那個是否能起到很好的補償效果。SVG是一個動態(tài)的補償裝置，對電流實時檢測有很高的要求。換句話說，SVG的跟蹤補償特性能否起到作用關(guān)鍵在于電流是不是能及時有效地被檢測出來。檢測方法的優(yōu)劣直接影響了檢測的效果，算法應(yīng)滿足簡單易實現(xiàn)，實時性好、精度高，與其相配合的硬件設(shè)計簡單，經(jīng)濟且方便快捷。瞬時無功理論指出，在無功電流的檢測中可實現(xiàn)完全跟蹤的檢測效果，這樣的方法主要有以下兩種。3.1三相電路瞬時無功功率理論三相電路的三相三線，各相電壓和電流的瞬時值分別為,,和,,。通過3/2變換把它們變換到兩相正交的α－β坐標(biāo)系中，(3.1)式中。圖3－1α—β坐標(biāo)系下電壓、電流矢量圖在圖3-1所示的α－β平面上，、和、可以分別合成為(旋轉(zhuǎn))電壓向量和電流向量。(3.2)(3.3)式中：e、i——矢量和的模、——矢量和的幅角3相電路瞬時有功電流和瞬時無功電流為矢量在矢量及其法線上的投影。即(3.4)其中3相電路瞬時有功功率p(瞬時無功功率q)為電壓矢量的模與3相電路瞬時有功電流(瞬時無功電流)的乘積。即(3.5)將式及代入式(4.5)并寫成矩陣形式得(3.6)把式(4.1)代入(4.6)式，可求得p、q對于三相電壓電流的表達(dá)式(3.7)3.2p、q運算方式在三相電路瞬時無功功率的理論基礎(chǔ)上，利用坐標(biāo)系中正交軸上的瞬時有功功率和瞬時無功功率，然后求得各正交軸上的瞬時有功電流和瞬時無功電流，最后得到各相的瞬時無功電流的方法，就是p、q運算方式。3.2.1原理圖該檢測方法的框圖如圖3-2所示。圖中上標(biāo)-1為矩陣的逆矩陣。圖3-2p-q運算方式的原理圖3.2.2檢測原理由瞬時無功理論得出的p、q，經(jīng)過低通濾波器得其直流分量、。當(dāng)電壓電流沒有畸變時，是無功電壓和電流作用結(jié)果的基波，為基波無功電流與電壓作用所產(chǎn)生。于是對進(jìn)行逆變換即可得到基波無功電流、、，得到無功電流如式（3.8）。（3.8）3.3-運算方式首先直接求得坐標(biāo)系各正交軸上的瞬時有功電流和瞬時無功電流，然后得到各相的瞬時無功電流的方法，即是-運算方式。3.3.1-運算方式的原理圖原理流程試下所示：圖3-3-檢測方法原理圖圖中，3.3.2檢測原理由圖3-3可以得出、算法的計算公式(3.9)基波、、的計算公式(3.10)本檢測用了與a相電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號sin和對應(yīng)的余弦信號-cos，它們是由鎖相環(huán)（PLL）和正、余弦信號發(fā)生電路共同得到的。有瞬時無功功率理論可以計算得出瞬時有功電流和瞬時無功電流，經(jīng)低通濾波器濾波可得出、直流分量、，這里，、是由、、3個共同產(chǎn)生的，只需要對進(jìn)行逆變換即可得到基波無功電流、、。只要檢測無功電流，所以只需要進(jìn)行反變換即可。由于只選取sin和-cos參與運算，畸變電壓的諧波成分在運算過程中不出現(xiàn)，、是由、、產(chǎn)生的，所以該算法的檢測結(jié)果不受電壓波形畸變的影響，只是這種檢測的優(yōu)勢所在。3.4本章小結(jié)以瞬時無功理論為基礎(chǔ)，得到p-q法和-兩種無功電流檢測方法，繪制了他們各自的原理圖，對原理圖進(jìn)行了分析和計算，通過比較分析，采用-的電流檢測方法有和大的優(yōu)越性。方法的選擇給后續(xù)的工作指明了前進(jìn)的道路，意義重大。第四章SVG的控制方法SVG控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，包括檢測、控制和驅(qū)動等多個環(huán)節(jié)。一個經(jīng)典的SVG控制系統(tǒng)的運行流程是：檢測環(huán)節(jié)是1通過電壓互感器、電流互感器將電網(wǎng)和SVG流出的電壓、電流被運到檢測運算電路，檢測運算電路根據(jù)給定的算法得出所需信號傳送到控制器中。由瞬時無功理論知道控制環(huán)節(jié)處理信號，檢測環(huán)節(jié)發(fā)送命令信息，這樣就有了能然門電路導(dǎo)通的信息，這些被送達(dá)驅(qū)動電路。驅(qū)動電路將從控制器運算到的發(fā)送信息進(jìn)行一定的功率放大，然后將其添到變流器的觸發(fā)，來判斷變流器的導(dǎo)通與截止，完成對SVG的控制。在SVG的控制系統(tǒng)中，兩個關(guān)鍵點是采用合適的檢測算法以便精確、快速檢測到所需要的命令信息和采用合適的控制方法以便精確、快速產(chǎn)生實現(xiàn)控制目標(biāo)的驅(qū)動信號。檢測算法與控制策略直接影響了控制系統(tǒng)的控制條件和SVG的輸出能力。SVG的控制系統(tǒng)是為獲取所需的控制信號和動態(tài)特性對檢測信號和給定參數(shù)入量進(jìn)行處理，這是控制的基本要求。SVG的輸出電流主要是無功電流，這是SVG工作性質(zhì)決定的，控制SVG輸出的無功電流或者無功功率，就可改變SVG吸收無功功率的性質(zhì)和大小。同時，從SVG的工作原理分析得出，控制SVG的輸出電壓和電流都可以達(dá)到控制調(diào)節(jié)SVG輸出的無功電流的大小和性質(zhì)的目的。SVG的集中控制策略都是圍繞如何由無功電流或無功功率參考值調(diào)節(jié)SVG真正產(chǎn)生所需的無功電流或無功功率這個環(huán)節(jié)上進(jìn)行的。根據(jù)是否直接選取電感電流的瞬時值作為反饋和被控制量，PWM變流器的控制方式分為直接電流控制和間接電流控制兩種。電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制策略的算法的優(yōu)越性決定了被選為設(shè)計的最終策略。 4.1電流的直接控制電流直接控制就是采用跟蹤型PWM控制技術(shù)對SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的無功電流進(jìn)行控制。對SVG的交流側(cè)產(chǎn)生的電流進(jìn)行控制可以用很多種PWM技術(shù)進(jìn)行控制，并且可以電流直接控制對SVG輸出的無功電流有直接控制作用，因此比電流間接控制更能精確快速的控制SVG輸出的無功電流。電流直接控制策略在SVG中舉足輕重，大占鰲頭。其基本思路是使用適當(dāng)?shù)腜WM控制策略對系統(tǒng)的瞬時無功電流進(jìn)行處理來得到PWM脈沖信號，然后使用得來的PWM脈沖信號去驅(qū)動逆變器中可控電力電子器件的門極開通或關(guān)閉，從而使在允許的偏差范圍內(nèi)控制逆變器的輸出電流瞬時值與系統(tǒng)的瞬時無功電流運行。常用的直接電流控制：滯環(huán)比較方式、三角波比較方式和空間矢量法。三角波比較法的PWM電流直接控制策略優(yōu)越性被采用，其原理如圖4-1所示：圖4-1電流直接控制的三角波比較法（-電網(wǎng)（或給定）的無功電流；-SVG的輸出電流）瞬時無功功率參考電流減去反饋電流后，通過PI調(diào)節(jié)器運算，再與恒頻三角波比較，用來決定功率開關(guān)的輸出狀態(tài)。邏輯鎖存器作為比較器的輸出，得保證在一個三角波周期內(nèi)，同一橋臂上的開關(guān)器件的狀態(tài)保持恒定。這樣開關(guān)器件的開關(guān)頻率恒定不變，同三角波的周期一樣。輸出開關(guān)頻率恒定，于三角波頻率相等，這就是三角波比較法的突出優(yōu)點。電流的控制既可以是在靜止坐標(biāo)系，也可以是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中計算。在靜止坐標(biāo)系下可以做到電流的無靜差調(diào)節(jié)，電流響應(yīng)相對迅速。先前用模擬電路來對電流進(jìn)行控制，左邊的實際變換是非常復(fù)雜的，因此控制器更容易在靜止坐標(biāo)系中使用。一般來說，系統(tǒng)反電動勢信息當(dāng)做前饋運用于靜止坐標(biāo)的電流控制效果相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的電流控制器從而來彌補這種不足。處理器現(xiàn)在有長足的發(fā)展，模擬電路正被數(shù)字電路取代，數(shù)字電路進(jìn)行變換坐標(biāo)非常方便，現(xiàn)在大都使用的控制器是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下運行的。一種控制結(jié)構(gòu)是采用dq坐標(biāo)變換的瞬時電流控制法，其結(jié)構(gòu)如圖4-2所示：圖4-2dq軸電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖SVG發(fā)出的三相電流瞬時值、、經(jīng)dq坐標(biāo)變換化為有功電流、無功電流，與有功電流、無功電流給定值校對和以后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器運算，再經(jīng)dq反變換，取出三相電流信息，PWM由三角波比較判斷跟蹤，當(dāng)然，PI調(diào)節(jié)器作用于有功電流給定值由直流側(cè)電壓參考值與其同側(cè)電容電壓反饋量比較。但是給定值、和反饋值、一般是直流信息，所以要想點丟的跟蹤監(jiān)測做到無誤差穩(wěn)態(tài)運行交由PI調(diào)節(jié)器。換句話來說，這種策略使用了雙閉環(huán)反饋控制策略，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)控制，外環(huán)是電壓環(huán)控制。此控制結(jié)構(gòu)在dq-abc變換前的dq軸下有2個PI調(diào)節(jié)器，且控制結(jié)構(gòu)中電流PI調(diào)節(jié)器是直流信號，直流信號的變化率較大，PI調(diào)節(jié)時無靜態(tài)誤差，調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計也較為容易。4.2電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略采用帶前饋解耦的PI電流控制策略，逆變器的d、q軸變量相互耦合，由三相逆變器的小信號方程可知，這樣能解除耦合。無功電流計算圖解圖4-3（2）控制策略原理框圖圖（1）三相電流用的是負(fù)載側(cè)電流，為圖（2）中所要計算的量在圖4-2中，d軸的參考電流為(4.1)為穩(wěn)定直流電壓加入的d軸參考值；q軸參考電流為檢測的無功電流經(jīng)abc/dq變換得到。4.2.1電壓外環(huán)在已有電流控制環(huán)的基礎(chǔ)上增加電壓控制環(huán)的目的是為了穩(wěn)定逆變器直流側(cè)電壓。由圖4-3得電壓外環(huán)傳遞函數(shù)原理框圖如圖4-5所示圖4-5電壓外環(huán)傳遞函數(shù)原理框圖其中Gv(s)為電壓校正器，Gci(s)為電流內(nèi)環(huán)等效傳遞函數(shù)，為直流輸出受控電流源控制系數(shù)且有，Kv為電壓反饋系數(shù)。1、電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)逆變器的電流內(nèi)環(huán)常按典型I型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計以滿足系統(tǒng)隨動性能指標(biāo)。在這種情況下，電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)通常可以近似等效成一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為：（4.14）其中為慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)，大小與電流環(huán)的設(shè)計有關(guān)。2、時變系數(shù)由文獻(xiàn)可知對于時變系數(shù)可以用其最大值作為參數(shù)參與電壓控制環(huán)路的設(shè)計。因此可得：（4.15）3、電壓校正環(huán)節(jié)（4.16）其中為比例參數(shù)，為積分參數(shù)由此得電壓外環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為（4.17）電壓外環(huán)可按典型II型系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計控制器參數(shù)，即PI控制器參數(shù)滿足如下關(guān)系：（4.18）其中為斜率為-20dB/dec的中頻段，稱作“中頻寬”令=5，=2ms，=0.01并代入式（4-23）得電壓外環(huán)控制參數(shù)=71，=0.71，電壓外環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為：（4-.19）電壓外環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（4.20）本設(shè)計最終采用電壓電流雙環(huán)控制策略。4.2.2電流內(nèi)環(huán)由圖4-3得系統(tǒng)電流傳遞函數(shù)原理框圖如圖4-4所示：圖4-4傳遞函數(shù)原理框圖其中為電流指令，為反饋電流，為輸出電流，為控制量，Gc(s)為電流校正環(huán)節(jié)，Gpwm(s)為調(diào)制器傳遞函數(shù)，Gf(s)為輸出電流濾波電路傳遞函數(shù)，H(s)為電流反饋采用傳遞函數(shù)。1、輸出電流濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)由圖4-8可以得出從占空比到輸出電流的傳遞函數(shù)Gf(s)為：（4.2）其中為輸出濾波時間常數(shù)2、PWM調(diào)制器傳遞函數(shù)逆變器控制系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)PWM是調(diào)制器，該環(huán)節(jié)說明了輸出與輸入之間的關(guān)系，采用三角波比較法的PWM調(diào)制器可以當(dāng)成就是個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為（4.3）其中為三角載波幅值，為開關(guān)周期由于本設(shè)計樣機的開關(guān)頻率為4kHz，開關(guān)周期非常小，所以調(diào)制器可看成一個比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為：（4.4）3、電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)因為電流檢測信息中一般都有干擾信號，濾波電路廣泛運用于電流反饋電路中。這環(huán)節(jié)一般使用一階低通濾波器運行。設(shè)濾波器時間常數(shù)為，電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)一般用如下表達(dá)為：（4.5）其中為濾波器增益4、電流內(nèi)環(huán)PI校正器的傳遞函數(shù)為：（4.6）其中為比例參數(shù)，為積分參數(shù)從控制原理分析，PI控制器為系統(tǒng)傳遞函數(shù)增加了一個位于原點的開環(huán)極點及一個位于平面上左半平面的開環(huán)零點。位于原點的極點用來提高系統(tǒng)的型別以消除或減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，而左平面的負(fù)實零點則用來增加系統(tǒng)的阻尼，緩和控制器極點對整個系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為：（4.7）其中當(dāng)考慮電流內(nèi)環(huán)需要具有較快的電流跟蹤性能時，可按典型I型系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計控制器參數(shù)，即PI控制器參數(shù)滿足如下關(guān)系：（4.8）將式（4.8）代入式（4.7）得到開環(huán)傳遞函數(shù)為：（4.9）由典型I型系統(tǒng)的參數(shù)整定法則，取系統(tǒng)阻尼系數(shù)=0.707時有如下關(guān)系成立=0.5（4.10）由已知得PI控制器參數(shù)為=178=0.45，所以PI控制器傳遞函數(shù)為：（4.11）將式（4.11）和其它參數(shù)代入式（4.9）得開環(huán)傳遞函數(shù)為：（4.12）電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（4.13）4.3本章小結(jié)本章主要是研究了SVG的控制方法，特別是對電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制策略的研究，其為電流的直接控制策略，還理論推導(dǎo)出了電壓電流控制環(huán)節(jié)的開閉環(huán)傳遞函數(shù)。第五章SVG的整體設(shè)計前幾章主要介紹了SVG的原理與工作特性，瞬時無功電流的檢測，以及其控制方法，有了這些理論基礎(chǔ)，本章將著重介紹其軟硬件設(shè)計的參數(shù)選擇問題和程序流程圖。5.1硬件設(shè)計此次設(shè)計涉及到了PWM變流器主電路，用控制電路來實現(xiàn)逆變器的導(dǎo)通與截止，從而產(chǎn)生一定量的補償電流，為減少相應(yīng)的高次諧波含量，SVG的交流側(cè)輸出端子應(yīng)用平波的電抗器。檢測電路主要由電流電壓信號的檢測、采集和轉(zhuǎn)換。硬件參數(shù)表如下（5-1）所示：表5-1SVG硬件設(shè)計參數(shù)表項目符合參數(shù)逆變器開關(guān)頻率4kHz濾波電感1mH等效電阻0.4逆變器放大系數(shù)200電流反饋系數(shù)0.04輸出濾波器系數(shù)2.5ms反饋濾波器時間常數(shù)0.14ms直流母線電容5000uF電網(wǎng)電壓有效值350V系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖硬件設(shè)計主要有檢測電路、控制電路組成，現(xiàn)編給處于參數(shù)選擇和方案。5.1.1電壓過零檢測電路過零檢測電路用于檢測交流電壓的過零點。其原理圖如下5-1過零檢測電路該電路包括輸入濾波和過零比較兩個部分，它產(chǎn)生一個與電玩那個同周期，上升沿觸發(fā)，作為控制系統(tǒng)的同步中斷源用方波正向過零點的電網(wǎng)信號。中斷發(fā)生時，在中斷服務(wù)程序中采樣，根據(jù)檢測的電壓電流相位關(guān)系，能算出功率因數(shù)角。但是從電網(wǎng)輸出的往往不是比哦啊準(zhǔn)的正弦波，加入濾波信號，就能很好的跟蹤電網(wǎng)信號。5.1.2電流的檢測本系統(tǒng)采用LTS25-NP型傳感器來檢測電流。本文設(shè)計了帶有電壓跟隨的二階低通濾波器檢測電路，具體原理圖如圖5－2所示。 圖5－2電流檢測及模擬二階低通濾波器設(shè)計電路在實際電路中，不可避免的出現(xiàn)高次諧波信號及噪聲信號，設(shè)計濾波器過濾掉這些干擾信號至關(guān)重要。上圖中電阻R=10K,C3=0.1u，C4=0.05u，過濾后的信號經(jīng)過放大電路放大時期電壓幅值在3V以內(nèi)，然后讓DSP進(jìn)行后續(xù)處理。5.1.3控制器選擇采用TMS320LF2407數(shù)字信號處理器(DSP)作為控制器，TMS320LF2407是由TI公司推出的數(shù)字信號處理器芯片，它控制精度高、芯片處理能力強，能滿足SVG對實時控制的要求。高性能靜態(tài)COMS技術(shù)，能較少功率損耗，讓供電壓降為3.3V；提高控制器的實時控制能力，使30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns。片內(nèi)高達(dá)32K的FLASH程序存儲器，高達(dá)1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM，544字爽口RAM和2K字的單口RAM，滿足內(nèi)存需要。在SVG中TMS320LF2407主要是產(chǎn)生PWM脈沖和計算控制算法。TMS32.LF2407之所以能實現(xiàn)電力電子器件的控制，是因為它本身包括可編程死區(qū)的12路PWM引腳輸出，用于數(shù)字信號處理非常方便。在這次設(shè)計中，三角波周期被固定為特定值，定時計數(shù)器計數(shù)滿后自動重新裝載，修正比較寄存器的顯存之，實現(xiàn)數(shù)字輸出控制。12路引腳用于可編程的死區(qū)，避免了與外部使用模擬器的沖突，方便了死區(qū)時間的編程，方便控制板的調(diào)試及其大小。5.1.4鎖相環(huán)電路鎖相環(huán)PLL是一種控制晶振使其相對于參考信號保持恒定相位的電路，在數(shù)字通信系統(tǒng)中使用比較廣。PLL是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，它能使輸出相位和參考相位之間的相差減小到最小。由鑒相器（phasedetector）、環(huán)路濾波器（loopfilter）和壓控振蕩器（voltagecontroloscillator,VCO）組成的一種相位負(fù)反饋系統(tǒng)基本鎖相環(huán)，鑒相器的導(dǎo)出信息是輸入信號和振蕩器輸出信號的相位差，該誤差電壓信號通過環(huán)路濾波器濾除高頻分量和噪聲后，輸出低頻信號作為VCO的控制信號。在控制電壓作用下，VCO輸出信號的頻率發(fā)生變化并反饋到鑒相器。PDLPFPDLPFVCO輸出輸入圖5－4鎖相環(huán)路的基本方框圖本文中采用數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320LF2407，其運算功能強大，ns級的運算速度，實現(xiàn)了并網(wǎng)鎖相。在軟件程序中，為周期中斷信號分配一個計數(shù)變量，同時設(shè)定該計數(shù)參量用單增這種方式。TLL信息是上升沿觸發(fā)方式，使得全部系統(tǒng)電壓頻率一般由00相位位置對LF2407一個過零的信息。軟件規(guī)定了只要有過零信息計數(shù)變量清0并且重新開始，有了周期中中斷中的計數(shù)器，當(dāng)然能看出系統(tǒng)電壓頻率和相位。5.1.5數(shù)字PI控制器的設(shè)計方法設(shè)計數(shù)字PI控制器,就是要確定其系數(shù)KP、K,,由于采樣頻率是固定的,常見的數(shù)字設(shè)計方法有z域設(shè)計法和模擬設(shè)計法。在PID控制模塊的設(shè)計中，控制參數(shù)的選擇特別重要，一般選擇兩種方法：解析法和實驗法選擇參數(shù)。在選擇PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)時應(yīng)遵循以下原則：1、適當(dāng)加大比例系數(shù)，系統(tǒng)響應(yīng)也會很快，靜差縮減。比例系數(shù)大小要合適，否則會引起系統(tǒng)震蕩。2、增大微分時間能促使整體響應(yīng)靈敏，超調(diào)量會鄉(xiāng)音小點，穩(wěn)定性得到提高。不過易受擾動。當(dāng)微分系數(shù)過大或過小時，能夠讓超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間過長。3、減小積分時間將加快系統(tǒng)靜差的消除。但會是超調(diào)量增大，振蕩頻率更大，穩(wěn)定性變壞。圖5－5數(shù)字PI控制器的結(jié)構(gòu)框圖5.1.6SPWM控制原理設(shè)計圖5-6連續(xù)增減模式下的通用定時器的PWM輸出如圖5-6所示的原理，可得到PWM波的輸出，最終實現(xiàn)SPWM的控制。SPWM的基本思想是使輸出的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化，從而有效的抑制了輸出電壓中的低次諧波分量，用三角波與正弦參考波的交點控制開關(guān)管的開通與截止，也就是說能有一組脈沖寬度隨正弦方式變化的矩形脈沖波，其基波周期與T一致，且基波幅值正比于給定調(diào)制電壓信息幅值。本設(shè)計的SPWM控制主要是結(jié)合電流環(huán)的控制和借助于DSP中寄存器來實現(xiàn)的。通過電流環(huán)的控制得到有功部分電壓Ud和無功部分電壓Uq，再經(jīng)過CLARK反變換，得到三相電壓的瞬時值Ua，Ub，Uc。再根據(jù)T3中斷的計數(shù)設(shè)定值，給比較寄存器載入比較值。5.1.7采集電路采集電路主芯片引腳圖如圖5-7所示：圖5-7MAX125引腳圖MAX125是MAXIM公司生產(chǎn)的一種高速、8通道、14位的數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換芯片，每次轉(zhuǎn)換4通道（CH1－CH4）,對于每一個指定通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器最快在3微秒內(nèi)完成轉(zhuǎn)換（在詩中信號接16MHz的情況下），存于內(nèi)部14×4RAM中。且在每個CONVST(轉(zhuǎn)換啟動輸入引腳)脈沖下，內(nèi)部序列發(fā)生器將產(chǎn)生最少1個通道、最多5個通道的轉(zhuǎn)換順序（在缺省模式下，CH1通道上的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換），連續(xù)轉(zhuǎn)換指定通道上的數(shù)據(jù)。在一個轉(zhuǎn)換順序里的最后一個通道轉(zhuǎn)換結(jié)束后，/INT（中斷輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號）引腳出現(xiàn)一個低電平，在/RD引腳家低電平脈沖可以一次讀取CH1到CH4的數(shù)據(jù)。讀完后，其內(nèi)部數(shù)據(jù)指針返回CH1，且/INT引腳才面位高。MAX125的輸入指令（A0－A3）與數(shù)據(jù)輸出（D0－D13）在低四位通過三態(tài)門實現(xiàn)復(fù)用。MAX125可獨立采集四路電壓、電流信號，本設(shè)計在采集之前，需要通過HCPL7800光電耦合器件對電壓和電流進(jìn)行衰減，得到A/D轉(zhuǎn)換和DSP可以處理的小信號，一般將其變換為?5~+5V的交流電壓信號送入A/D轉(zhuǎn)換芯片，MAX125需采用雙極性供電，本設(shè)計采用LM7905來供電，與DSP的接口經(jīng)過芯片電路74F245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接。5.1.8直流電壓采樣如圖5－8所示，在直流采樣電路中采用光耦隔離運放HCPL7800，通過直流電壓采樣電路、MAX125A/D轉(zhuǎn)換電路將直流側(cè)的電壓采到DSP中，與給定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，構(gòu)成電壓外環(huán)，為有功電流提供給定值，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖5-8直流電壓采樣電路5.1.9電壓轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計中控制板的供電電源是5V，但是TMS320LF2407的工作電壓為3.3V，所以必須進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，將大電壓轉(zhuǎn)換為適合DSP芯片工作的電壓。一種電源轉(zhuǎn)換系列芯片TPS73xx是TI公司為配合DSP而設(shè)計的。其中的TPS7333是固定輸出為3.3V電壓的電源轉(zhuǎn)換芯片，適合TMS320LF2407的電源需要。從而為不同電源電壓的邏輯器件設(shè)計了一個安全可靠的接口，保證所設(shè)計的電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。圖5-9為TPS7333構(gòu)成的電壓轉(zhuǎn)換電路。兩路輸入信號分別為5V的數(shù)字量和模擬量，分別經(jīng)電容和電感的濾波接入到TPS7333兩個輸入引腳。經(jīng)內(nèi)部芯片的處理，得到所要輸出的兩路3.3V的數(shù)字量和模擬量信號。同樣再經(jīng)過電容和電感的濾波分別給DSP和一些芯片供電。圖5-93.3V電壓轉(zhuǎn)換電路5.1.10保護電路保護電路設(shè)計包括功率驅(qū)動保護電路和PWM信號封鎖保護電路兩部分。圖5-10和圖5-11分別為功率驅(qū)動保護電路和PWM信號封鎖保護電路。圖5-10功率驅(qū)動保護電路圖5-11PWM信號封鎖保護電路5.2軟件設(shè)計編程是實現(xiàn)系統(tǒng)正常工作和快速運算必不可少的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計采用C語言作為編程語言編寫控制系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件整體包括主程序和中斷處理子程序。逆變控制程序設(shè)計的基本思想是基于中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)整個逆變輸出控制。所以在整個軟件實現(xiàn)過程中中斷處理程序總是占據(jù)了最主要的執(zhí)行時間。5.2.1主程序主程序環(huán)節(jié)主要包括系統(tǒng)、變量等各個部分的初始化，定時器的啟動，外部中斷使能、A/D采樣間隔的設(shè)置、串口通訊、中斷、事件管理器、開關(guān)量信號檢測、等待中斷、系統(tǒng)時鐘以及I/O引腳的設(shè)置等。程序的主要部分是靠相應(yīng)不同的中斷事件驅(qū)動。主程序初始化結(jié)束后就進(jìn)入循環(huán)，在這里等待各種中斷的發(fā)生，并且主程序通過共享存儲區(qū)內(nèi)的各個功能模塊的標(biāo)志變量來判斷各個功能模塊的進(jìn)程和完成情況，并根據(jù)判斷結(jié)果，發(fā)出相應(yīng)的指令以協(xié)調(diào)各個功能模塊之間的運行。同步信號捕獲子程序用于檢測電網(wǎng)電壓的過零點，保證并網(wǎng)逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同相，使功率因數(shù)等于1。主程序的流程圖如圖5-12所示：圖5-12主程序流程5.2.2中斷服務(wù)程序DSP利用通用定時器T1產(chǎn)生周期中斷，在周期中斷服務(wù)子程序中實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的啟動、判定是否結(jié)束及轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的采樣、處理，正弦表格的載入，過流保護，直流母線電壓過壓、欠壓保護，電網(wǎng)電壓過零點判定，對電流信號進(jìn)行各種變換等相關(guān)內(nèi)容。周期中斷流程如下圖5-13所示：采樣計算ip和iq采樣計算ip和iq圖5-13周期中斷服務(wù)程序在定時器1下溢中斷服務(wù)子程序中實現(xiàn)電流相位跟蹤電網(wǎng)電壓的過零點校正，電流控制環(huán)的所有內(nèi)容，電壓等信號的檢測和保護以及使能或封鎖PWM輸出的判定及執(zhí)行等等。下溢中斷處理的軟件流程圖5-14所示。圖5-14下溢中斷5.2.3初始化問題初始化模塊主要是對整個DSP的系統(tǒng)資源進(jìn)行配置，使之更適合作為SVG控制系統(tǒng)的核心。包括：1、設(shè)置系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器1；2、設(shè)置系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器2；3、看門狗控制器的設(shè)置；4、捕獲單元初始化；5、事件管理器模塊初始化；6、串行通信SCI模塊初始化。5.2.4PI調(diào)節(jié)器PID控制是數(shù)字控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制方法，它是把連續(xù)域的模擬控制規(guī)律直接轉(zhuǎn)換成計算機能夠?qū)崿F(xiàn)的離散控制算式。在本設(shè)計過程中，首先根據(jù)計算確定PID控制器各參數(shù)范圍，然后在現(xiàn)場實驗中，結(jié)合現(xiàn)場試驗法逐步試驗，最后得到較為滿意的響應(yīng)，確定控制器參數(shù)。離散化后的PI控制方程為：其中：：比例系數(shù)，：積分系數(shù)。PI控制的流程圖如圖5-15所示：圖5-15PI控制流程圖5.2.5數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集主要負(fù)責(zé)完成每一個工頻基波內(nèi)的數(shù)據(jù)采集、存儲，數(shù)據(jù)采集由MAX125通過外部中斷XINT1來實現(xiàn)。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX125的EOC信號連接到DSP的中斷引腳的INT1上，實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化后，引腳EOC有高電平變?yōu)榈碗娖?，從而觸發(fā)INT1中斷，向系統(tǒng)TMS320LF2407通過引腳XINT1發(fā)出中斷請求，當(dāng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由DSP控制MAX125的RD和CS管腳，TMS320LF2407將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果取出、存儲并處理。MAX125可以同時進(jìn)行6個通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果由寄存器通過CPLD反映到TMS320LF2407上的I/O空間。如果是接入一個三相對稱的系統(tǒng)，可以只采集其中的一路，就知道其他記錄工作情況。數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程如圖5-16所示：圖5-16數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖5.2.6過零檢測過零檢測模塊主要功能只是：外部過零脈沖觸發(fā)TMS320LF2407中CAP單元中斷，中斷子程序設(shè)置了過零標(biāo)志。在本模塊中計算周期值，由周期值計算出電網(wǎng)電壓頻率值，電網(wǎng)電壓一般在49.5≤fs≤50.5，則為正常，否則，我么有理由相信系統(tǒng)出故障了，發(fā)出封鎖脈沖封鎖IGBT，發(fā)出結(jié)束程序命令。一般來說CAP中斷應(yīng)設(shè)為高優(yōu)先級中斷，屏蔽其他干擾，影響過零和周期的測量；當(dāng)中斷置過零標(biāo)志位后，CAP時計數(shù)器T3CNT應(yīng)清零。本模塊實際可在CAP中斷程序中直接應(yīng)用。本模塊流程如圖5-17所示：圖5-17過零模塊子程序5.2.7PWM輸出首先確定定時器中斷周期，定時器是工作在增減這種狀態(tài)下的，定時器周期是三角載波周期的一半，為了得到較好的電壓輸出波形和保持三相對稱，用載波比就能確定定時器的具體值。然后考慮如何在線計算和改寫比較寄存器CMPR值的問題:程序在中斷子程序中讀取的電網(wǎng)頻率是由測頻模塊測得的，然后根據(jù)載波比和公式Ts=1/2Nf來確定定時器周期，并將其存入寄存器T1PR，作為中斷的定時器周期，這也保證了SVG裝置可以根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化而變化。為了速度起見，三角函數(shù)的具體計算值用查表法查得。為了得到我們所希望的波形，不但要求要有精確的算法，還要正確地設(shè)置控制寄存器。SPWM中斷子程序流程圖如圖5-18所示：圖5-18PWM中斷子程序流程圖當(dāng)程序讀取到進(jìn)入中斷服務(wù)子程序然后，先通過讀取一外圍設(shè)備中斷向量寄存器PIVR的值來判別出兩人中斷源。PIVR中的函值想對應(yīng)的是觸發(fā)當(dāng)前中斷的中斷向量值，DSP中每一個來自外圍設(shè)備的中斷源都有一個與它映射的中斷向量值。因此，