一种基于dsp的电压跌落补偿器控制系统及方法
【专利说明】-种基于DSP的电压跌落补偿器控制系统及方法 (-)技术领域：
[0001] 本发明属于电力系统的控制技术领域，尤其是一种基于DSP值igital Signal Process,数字信号处理）的电压跌落补偿器控制系统及方法。 (二）【背景技术】：
[0002] 随着电力系统的发展，超导储能技术、蓄电池储能技术、飞轮储能技术和超 级电容器等储能技术构成电压跌落补偿器开始应用于实际电网。其中具有代表性的 电压跌落补偿器为STATCOM(StatiC Sync虹onous Compensator,静止同步补偿器）、 SMES(supe;rconducting ma即etic energy storage,超导磁储能系统）及 DVR(dynamic voltage restorer,动态电压恢复器），其中STATCOM和SMES为并联接入电网母线处，DVR 为串联于变电站出线中。上述具有代表性电压跌落补偿器主要由变流器和储能装置构成， 其控制器一般分为外环控制和内环控制2个层次，其中控制电压跌落补偿器的主要控制器 是外环控制，因为外环控制的任务是根据电压跌落的实部和虚部向内环控制发送有功功率 和无功功率的指定值，内环控制器则负责变换器开关元件的PWM触发控制，实现有功功率 和无功功率的调节。
[0003] 目前外环控制的普遍采用传统的PI调节，由于电网结构复杂，难W建立详细的含 电压跌落补偿器的电网模型，从而导致采用PI调节的外环控制器出现比较多的问题：（1) 难W自适应地根据电网的运行方式调节参数，（2)不能保证依据仿真分析得来的PI控制器 的正确性，（3)PI控制器跟踪电网电压变化的能力有限，给电网带来谐波污染。所W，提出 一种适应性强、参数调节范围广及跟踪效率高的外环控制器已经变得至关重要。 (H)
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于提供了一种基于DSP的电压跌落补偿器控制系统及方法，它可 W克服现有技术的不足，是一种运行可靠、便于实现的控制方法，可W有效提高电压跌落补 偿器的鲁棒性和适应性，改善系统的动态特性，且装置结构简单易实现。
[0005] 本发明的技术方案：一种基于DSP的电压跌落补偿器控制系统，其特征在于它包 括信号调理模块、信号驱动模块、DSP控制模块、变流器监控模块和变流器模块；其中，所述 信号调理模块的输入端通过电流互感器和电压互感器采集风电场母线电流和母线电压，其 输出端与DSP控制模块的TMS320F2812DSP忍片的ADC引脚连接；所述信号驱动模块的输入 端接收来自TMS320F2812DSP忍片的EVA和EVB引脚的信号，其输出端与电压跌落补偿系统 的变流器模块的输入端连接。
[0006] 所述信号调理电路是由交流电压传感器和滤波调理电路构成；所述交流电压传感 器的输入端通过互感器接收母线电信号，其输出端与滤波调理电路的输入端连接；所述滤 波调理电路的输出端通过锁相环电路与DSP控制模块的输入端连接。
[0007] 所述电压传感器是科海公司邸250V/J2V模块。
[0008] 所述DSP控制模块采用TMS320F2812DSP忍片，其内置模块包括EV事件管理器、 ADC模数转换器、SCI串口通信模块；其中，所述EV事件管理器由发出PWMl-6信号的EVA模 块和发出PWM7-8型号EVB模块构成；所述ADC模数转换模块接收信号调理电路的8路模拟 信号并进行采样处理；所述CAPI模块通过锁相环电路对信号调理电路的信号进行锁相捕 捉；所述SCI串口通信模块由用于接收监控系统命令的SCIB模块和用于接收控制命令，传 输变流器状态及数据，传输变流器状态的SCIA模块构成；所述SCIA模块与变流器监控模块 呈双相连接。
[0009] 所述信号调理模块的输出端与DSP控制模块的TMS320F2812DSP忍片的ADC模数 转换器的引脚连接；所述信号驱动模块的输入端接收来自TMS320F2812DSP忍片EV事件管 理器的EVA和EVB引脚的信号。
[0010] 所述变流器模块是由变流器和斩波器构成；其中所述变流器和斩波器相互串联与 发生电压跌落的母线和电压跌落补偿器之间；并接受来自信号驱动模块的驱动信号。
[0011] 所述信号驱动模块是由IPMQntelligent Power Mo化Ie--智能功率模块）驱动 电路和IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor--绝缘栅双极型晶体管）驱动电路构 成；其中所述IPM驱动电路的输入端采集DSP控制模块EVA引脚的输出信号，其输出端连接 变流器模块中的变流器；所述IGBT驱动电路的输入端采集DSP控制模块EVB引脚的输出信 号，其输出端连接变流器模块中的斩波器。
[0012] 一种基于DSP的电压跌落补偿器的控制方法，其特征在于它包括W下步骤：
[0013] ①由电流互感器和频率测量装置采集电压跌落母线正常工作时的电压和频率信 号；
[0014] ②将步骤①采集的母线电压作为给定值UfW,经过信号调理电路中的交流电压传 感器得到测量值Um。,，经信号调理电路的滤波调理电路后作为DSP控制模块的ADC模数转换 器的输入信号；将步骤①采集的频率作为给定值《 Uf,经过频率测量装置得到测量值 经信号调理电路的滤波调理电路后作为DSP控制模块的ADC模数转换器的输入信号；
[0015] ③对于步骤②的信号在DSP控制模块进行处理，根据LADR"Liner Active Dis化rbance Rejection Control)控制理论，构建LADRC控制器，由线性扩张状态观测器 LESO和比例控制器构成；
[0016] ④假设比例控制器参数为kp，线性扩张状态观测器LESO的参数为b。，且通过线性 扩张状态观测器LESO的输入输出关系为：
[0017]
[001引其中Zi和Z 2分别为LESO的输出变量，y为电压或频率变量，在运里分别取交流电 压传感器测量值Umes和频率实测值COmM，U为LADRC控制器的中间变量，其中S为拉氏变 换算子，b。，01，0 2为LESO中的参数；
[001引⑥LADRC控制器输出的控制量为Pwt, Qwt，经过DSP控制模块，发出PWM信号，再经 过信号驱动电路控制驱动控制模块的开关动作，从而控制变流器模块的输出功率，最终达 到控制电压跌落补偿器输出电流的目的。
[0020] 所述步骤④中比例控制器参数选择为kp= 500 ;LADRC参数根据应用经验选择为 b。= 30 ;线性扩张状态观测器LESO的参数选择为0 1= 200 2= 10000。
[0021] 所述步骤⑥发出的PWM信号为6路0-3. 3V信号。
[0022] 本发明的工作原理：本发明采用电压-频率控制来输出电压跌落补偿控制器的参 考有功和无功功率。
[0023] 在本发明中将电压跌落补偿器等效为一个一阶动态响应环节，可W根据基于DSP 的电压跌落补偿控制系统动态地输出补偿电流：
[0024] CD
[0025]其中P，Q为电压跌落补偿器输出的有功无功功率，Pwt, Qwt为电压跌落补偿器控制 系统输入到电压跌落补偿器中的参考有功无功功率，T为电压跌落补偿器的时间常数，S为 拉式算子，S为电压跌落补偿装置在安装母线处注入的视在功率，U为安装母线的正序基频 电压，e、f分别为电压U的实部和虚部，I为电压跌落补偿装置注入的正序基频电流，m、n为 电流I的实部和虚部。