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基于DSP的磁控電抗器控制器的研究與設計
磁控電抗器(magnetically controlled reactors)全稱(chēng)是磁閥式可控電抗器，簡(jiǎn)稱(chēng)MCR，是一種容量可調的并聯(lián)電抗器，主要用于電力系統的無(wú)功補償。
摘要：電力系統常采用并聯(lián)電容器-電抗器組等無(wú)源設備進(jìn)行無(wú)功補償并兼作濾波。但由于負載經(jīng)常處于變化之中， 采用固定容量補償方式常常不能滿(mǎn)足要求。目前無(wú)功補償領(lǐng)域中磁控電抗器應用逐漸廣泛推廣，這樣其控制系統顯得尤為重要。通過(guò)利用DSP和CPLD結合設計的磁控電抗器控制器，可以實(shí)現磁控電抗器感性無(wú)功的平滑調節，從而實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功補償的目的。
關(guān)鍵詞：DSP;磁控電抗器;CPLD
引言
磁控電抗器控制器作為磁控電抗器調試、運行中的一個(gè)必要部件，在項目開(kāi)發(fā)對前其安全可靠性做全面的考慮，結合電網(wǎng)運行的實(shí)際情況，分析得到應輸入輸出的信號信息包括：(1)采集電網(wǎng)電壓、電流，計算電網(wǎng)有功功率、無(wú)功功率和功率因數及相關(guān)開(kāi)關(guān)信息;(2)根據參數設定和實(shí)際檢測值自動(dòng)閉環(huán)調節磁控電抗器移相觸發(fā)脈沖信號;(3)手動(dòng)、開(kāi)環(huán)調節磁控電抗器移相觸發(fā)脈沖信號;(4)控制液晶觸摸屏，實(shí)現人機界面;(5)與變電站綜保設備通信，實(shí)現遠程控制。
一、控制系統原理
基于磁控電抗器的無(wú)功電壓綜合補償控制器原理，采集電壓、電流信號，計算系統的有功功率及無(wú)功功率，快速跟蹤電壓及無(wú)功功率的變化，動(dòng)態(tài)地調節投入的補償電抗器容量，平衡無(wú)功及電壓。也就是說(shuō)，控制器能自動(dòng)檢測系統的電流、電壓，并能根據檢測量自動(dòng)調整晶閘管移相觸發(fā)角的大小，進(jìn)而改變磁控電抗器輸出的感性容量。這樣，磁控電抗器就可以根據電壓和所需的無(wú)功，自動(dòng)調節投入的補償電抗�？刂葡到y原理圖如圖1所示。
二、硬件電路設計
控制器硬件部分由8個(gè)獨立模塊組成，模塊間由母板連接�？刂破髑安繛橐壕в|摸屏，后部為各模塊的輸入輸出接口�？刂破饔布驁D如圖2所示：
(1)電量采集模塊1、2。電量采集模塊功能是將輸入的電壓、電流信號變換為-5～+5V正弦波信號、0～+12V方波信號。
(2)CPU模塊。A/D轉換部分是將-5～+5V正弦波信號變換為-2.5～+2.5V正弦波信號，送入AD轉換芯片轉換為數字量，再送入DSP芯片;輸入輸出部分是將CPLD芯片發(fā)出的觸發(fā)信號進(jìn)行隔離、功率放大，將輸入的開(kāi)關(guān)信號進(jìn)行隔離再送入CPLD芯片;通信部分將DSP芯片收發(fā)的串行通信信號進(jìn)行隔離和電平變換，連接至輸出RS232端口與上位機通訊、與液晶屏通信端口通訊。
(3)光纖輸出模塊。光纖輸出模塊功能是將晶閘管移相觸發(fā)脈沖信號轉換為光信號輸出。
(4)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊。開(kāi)關(guān)量輸入模塊是將輸入開(kāi)關(guān)量通過(guò)繼電器隔離后，轉換為0～3.3V信號;開(kāi)關(guān)量輸出模塊是將輸出開(kāi)關(guān)量通過(guò)繼電器隔離后，轉換為機械觸點(diǎn)信號。
(5)工作電源模塊。工作電源模塊是將輸入的AC 220V電源(含地線(xiàn))轉換為+5V、±12V、+24V工作電源。
(6)觸摸式液晶屏。觸摸式液晶屏可顯示和觸控，完成系統運行狀態(tài)顯示和控制參數修改任務(wù)。
三、軟件系統設計
本系統 的程序分為DSP軟件程 序和CPLD硬件程序兩部分，這兩部分程序結合起來(lái)共同完成了MCR控制 器的控制功能。
系統設計的 思路是DSP完成采樣、計算、控制、人機交互的工作，CPLD實(shí)現邏輯和時(shí) 序電路。圖3為程 序系統設 計示意圖。其控制過(guò)程為：(1)交流采樣 的系統 參數接入DSP中，判斷系統支行狀態(tài)，由CPLD發(fā)出相應的觸發(fā)信號;(2)通過(guò) 計算得出 每相MCR的控制角;
(3)DSP通過(guò) 總線(xiàn)發(fā)送控 制角到CPLD;(4)CPLD根據同步電壓信號，生成六路晶 閘管觸發(fā)信號;(5)DSP實(shí)現了通信、時(shí)鐘、鍵盤(pán)、顯示等功能;CPLD實(shí)現了鎖相 倍頻、鍵盤(pán)處理、開(kāi)關(guān)量處理 等功能。
這里的數據采集、處理、控制算法等程序功能都在相應的中斷處理程序得到實(shí)現。所以主程序主要是用來(lái)進(jìn)行系統初始化和非實(shí)時(shí)事務(wù)的處理，具體包括以下幾個(gè)功能：進(jìn)行系統初始化、完成通訊報文處理、完成人機交互數據處理。
3.1 控制原理及主要控制算法
本次設計的控制器采取了電壓無(wú)功綜合考慮的控制策略，即用戶(hù)可以只調無(wú)功或只調電壓，也可以電壓無(wú)功綜合調節。其交流采樣算法流程如圖4所示。
同步倍頻信號輸入到AD模塊的ADSOC控制口時(shí)，通過(guò)軟件設置，使同步倍頻信號每一次上升沿觸發(fā)一次AD轉換，AD轉換結束后自動(dòng)觸發(fā)AD中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)程序的流程圖如圖5所示。每采集一個(gè)周期的數據，執行一次瞬時(shí)無(wú)功計算程序，計算出電網(wǎng)的電流、電壓、無(wú)功功率、有功功率、功率因數、視在功率，再取平均值，與設定值比較，其差值來(lái)控制觸發(fā)角，使檢測到的無(wú)功逼近設定值。程序里使用的一些子程序，如定點(diǎn)數正弦運算、定點(diǎn)數開(kāi)平方、定點(diǎn)數余弦運算等，可以在DSP定點(diǎn)函數庫中得到。
3.2 系統軟件設計
本次設計中主要的數據采集、處理、控制算法等程序功能都在相應的中斷處理程序完成，主程序主要是用來(lái)進(jìn)行系統初始化和非實(shí)時(shí)事務(wù)的處理，即完成系統初始化、通訊、人機交互數據處理等功能。
控制器開(kāi)機后，主程序首先進(jìn)行DSP的初始化，然后進(jìn)入程序主循環(huán)，在主循環(huán)里，主要完成液晶屏顯示、鍵盤(pán)操作、通信等任務(wù)。
DSP主程序流程如圖6所示。
四、結語(yǔ)
本文通過(guò)對磁控電抗器的硬件與軟件設計的闡述，可以實(shí)現對磁控電抗器感性容量的平滑調節，達到無(wú)功補償的目的。本系統采用DSP與CPLD相結合的控制方式，大大提高了運行效率，保證了設備運行速度，可以全自動(dòng)在系統中運行，有效控制觸發(fā)導通角，進(jìn)而輸出系統所需的無(wú)功補償量。
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