一种基于dsp的静止同步补偿装置的新型检测系统的制作方法
【专利说明】-种基于DSP的静止同步补偿装置的新型检测系统 (-)技术领域：
[0001] 本发明属于电力系统配电网中静止同步补偿器的检测领域，特别是一种基于 DSP(数字信号处理，DigitalSi即alProcessing)的STATCOM(静止同步补偿器，static Sync虹onousCompensator)的新型检测系统。 (二）【背景技术】：
[0002] 电力工业作为国民经济的支柱产业，是静止同步补偿器的广泛应用领域。静止同 步补偿器在电力系统中可W实现快速平滑地吸收感性和容性无功功率的目的，它具有起动 无冲击、调节连续、响应快速、占地面积小等优点。
[0003] STATCOM在电力系统中可W实现快速平滑地吸收感性和容性无功功率的目的，可 W更好的实现对无功功率的补偿，减少电压闪烁、实现电压稳定，阻尼次同步震荡、减少电 压和电流的不平衡，及其在配电网中用于改善电能质量等等。可W看出，能否准确和快速的 检测出无功电流是无功补偿的关键环节。因此，静止同步补偿器的准确检测方法和控制策 略的选择至关重要。目前，适用于无功补偿检测领域的是基于瞬时无功功率理论的无功电 流检测方法，但是运种检测方法只能在理想电网电压情况下准确地检测出系统中的无功电 流。原因在于，当电网电压不对称时，电压的实际过零点与电压基波过零点存在有相位差。 而实际的电网电压波形很多情况下都存在不同程度的崎变和不对称，因此，无功电流的检 测效果较差。 (H)
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于提供一种更加高效的检测装置，它可W克服现有技术中的不 足，设计简单、成本低、执行速度快，从而提高STATCOM的实时响应速度，增强电力系统稳定 性。 阳0化]本发明的技术方案：一种基于DSP的静止同步补偿装置的新型检测系统，其 特征在于它包括无功补偿模块、控制模块、驱动模块、FPGA(Field-Programm油IeGate Array一一现场可编程口阵列）检测模块、保护模块和信号调理模块；其中，所述无功补偿 模块的输入端与电网相连，其输出端与控制模块的输入端连接；所述控制模块的输出端连 接驱动电路的输入端；所述驱动模块的输出端与补偿模块相连，控制无功补偿模块向电网 发出无功；所述保护模块输出端与控制模块的输入端连接；所述信号调理模块的输入端通 过电流互感器与电压互感器采集电网电流和电网电压信号，其输出端与FPGA检测模块的 输入相连接；所述FPGA检测模块的输出端与控制模块连接，使控制模块发出发送或吸收无 功的信号。
[0006] 所述无功补偿模块的输出端可W通过Profibus总线模块与控制模块的输入端连 接。
[0007] 所述电压互感器采用TA10104-2K邸式穿忍微型精密交流电压互感器；所述电流 互感器采用SDH-3/0. 66-2500/5A型电流互感器。
[0008] 所述驱动模块由驱动忍片、电阻、电容、二极管组成，将驱动信号输入主电路触发 IGBT;所述驱动忍片采用富±公司生产的混合IC驱动器EXB841。
[0009] 所述控制模块由控制电路、键盘、通讯模块、上位机、保护单元和锁相环电路单元 构成；所述控制电路与键盘、通讯模块和上位机分别呈双向连接；所述保护单元和锁相环 电路单元的输出端分别连接控制电路的输入端。
[0010] 所述控制电路由D/A模数转换模块、DSP忍片、数据存储模块组成；所述D/A模数 转换模块输出端与DSP忍片输入端呈双向连接；所述DSP输入端与保护电路输出端相连接， 其输出端与驱动电路输入端连接，同时与数据存储模块呈双向连接。
[0011] 所述DSP忍片采用TMS320LF2407A，其运算速度快，精度高，且带PWM输出，用作主 控制器，与上位机通过RS-232C通信。可计算并存储STATCOM子模块的运行时间，并根据运 行时间选择需投入或切除的子模块；所述的D/A模数转换单元采用MAX502忍片。
[0012] 所述保护模块单元由缺相保护装置、过流保护装置、过压保护装置和溫度保护装 置构成；所述通讯模块是串行通信接口采用美国MAXIM公司生产的MAX232系列RS-232C 串行口电平转换器件；所述上位机是工业控制计算机，完成电网电压，电流，无功在线显示、 给定参数输入（电压，电流）、控制参数调节等任务。
[0013] 一种基于DSP的静止同步补偿装置的新型检测系统的工作方法，其特征在于它包 括W下步骤：
[0014] ①电压互感器、电流互感器采集电网的实时电压电流信息，通过A/D采样电路对 电流电压信号进行数模转换，由所述的信号调理模块进行数据的初步调理，并经所述的 FPGA检测模块进行信息处理后送入DSP控制模块，得出电网的无功补偿容量；DSP忍片利用 收集的数字信号进行无功电流的计算，得到系统所需要的补偿量的大小，将补偿量转化为 调制信号，通过计算PWM脉冲发出PWM脉冲，送入驱动电路。
[001引②根据需要进行的无功补偿容量，DSP控制模块确定需要投入或者切除的STATCOM子模块，通过所述的Profibus总线模块向静止无功补偿器（STATCOM)发出控制信 号，通过DSP对触发脉冲模块进行控制，通过PWM的输出触发驱动电路，使得逆变器中IGBT 器件动作。静止无功补偿器（STATCOM)则根据获得控制信号作出具体投入或者切除动作， 完成无功补偿，实现补偿容量的变化。
[0016] ③无功补偿控制器通过监测各单体模块的工作状态，包括工作时间、负荷、溫度 等，管理中将工作时间长、溫度高的模块优先切除，休息时间长的模块优先切入；同时应尽 可能保证各模块工作在额定状态，W充分发挥系统效率，降低器件承受的应力。当监测到有 模块过热或故障时，应控制并联冗余模块和该模块进行切换，将该模块及时切除，W保证 系统的可靠性。
[0017] ④当电网波谷时，DSP控制补偿模块切除部分投入模块，可W减少补偿容量，从而 保证功率因数的平稳；当电网波峰时，DSP控制模块发出指令，增加投入子模块数目，保证 电网无功补偿的容量，可W提高功率因数。此外，DSP控制模块能够实时监控运行子模块的 溫度、电压、电流等运行数据。
[0018] ⑥当子模块发生故障或损坏时，控制器能根据异常数据快速判断具体的损坏子模 块，及时将此子模块负担的容量转移至其他子模块，之后发出指令将此子模块退出运行，W 便对其进行更换。各子模块的运行时间作为一项重要的运行参数在DSP控制模块中计算并 被保留。根据程序设定，当子模块安全运行至一定时间后，会由空闲子模块替换运行子模 块，并尽量保持各子模块运行时间的平衡，使子模块自然损耗程度相当，W便延长设备的使 用寿命。
[0019] 所述步骤①中的无功电流计算由W下步骤组成：
[0020] (1)电流互感器与电压互感器采集到的电压和电流信号通过控制电路的DSP忍片 进行坐标变换（油C-aP);
[0021] (2)经过坐标变换的信号在DSP忍片中进行数字低通滤波器得到其直流分量，通 过得到的直流分量和DSP忍片，能够实时的计算出电压基波正序分量的初相角，计算公式 如下所示；
[0022]
[0023] (3)DSP忍片对采集电路中得到的电压和电流信号进行移相，移相后的电压信号相 位为sin(?t+ 目）和COS(?t+ 目）；
[0024] (4)根据步骤做中得到的电网电压和电流信号，在DSP忍片中根据坐标变换公 式P对电网电流信号进行坐标变换，经过坐标变换后的信号继续在DSP忍片中进行数字低 通滤波器，可W得到直流分量，再对其进行坐标反变换（根据公式P1)，可W得到无功电流 的指示信号；
[0027] 本发明的工作原理：
[0028] ①本发明所采用的无功补偿控制器，采用即插即用的连接结构，可在不停止无功 补偿器运行的情况下，方便快捷的更换损坏子模块，极大减轻子模块损坏对电网造成的影 响。
[0029] ②通过上述所说的电压互感器、电流互感器采集电网的实时电压电流信息，由所 述的信