可控串聯電容補償最小時間控制器及其控制方法
2024-02-09 22:09:15
專利名稱：可控串聯電容補償最小時間控制器及其控制方法
技術領域：
可控串聯電容補償最小時間控制器及其控制方法屬於柔性交流輸電系統可控矽串聯電容補償技術領域。
縮小動態響應時間的實質就是使可控矽的導通角θ儘快達到目標值。目前已知的可控串補底層控制的最小響應時間為30-40ms。圖2是GE電力公司的底層控制框圖，當底層控制模板即微調控制器1接收到上層控制器的控制命令後，根據實測的瞬時電容電壓2、線電流3即ILine和流經晶閘管支路的電量值4，通過查找一個事先制訂並存於觸發算法模塊中的對策二維表獲得滿足控制要求的觸發延時角，以線電流3即ILine為同步信號實施脈衝觸發控制。圖3是ABB電力公司的底層控制框圖，SVR控制器(同步電壓翻轉控制器)5是其底層控制模塊，它以線電流3作為同步信號，根據上層控制器的命令，對實測的瞬時電容電壓2和線電流3進行計算得出實際的晶閘管觸發角，但SVR控制算法是建立在導通角較小的基礎上的，當導通角較大時，該控制方式存在較大的誤差。它們的共同缺點是除了要用線電流3作為同步信號外，還需要採集其它的系統電量，制約因素較多，算法就比較複雜，實現起來速度也不會快，從而影響了動態響應時間的減少。
本發明的特徵在於它含有輸入端與上位工控機目標觸發角輸出端相連的上層控制器，輸入信號為線電流的同步信號發生電路，輸入信號分別為來自上層控制器的實際觸發角信號和來自同步信號發生電路的線電流同步信號而輸出信號為晶閘管觸發脈衝的脈衝發生器；其中，上層控制器含有經PCI總線與上位工控機互連的PCI9080控制器，各自與PCI9080控制器互連的雙口RAM和總線緩衝器，備有EEPROM和SRAM且分別與雙口RAM，總線緩衝器互連的數位訊號處理器DSP，經總線接口3XBUS和數位訊號處理器DSP互連的A/D數據採集卡；所述的線電流來自總線接口3XBUS，所述的實際觸發角經串口來自數位訊號處理器DSP。所述的可控串聯電容補償最小時間控制器中的上層控制器所設計的控制方法即實際觸發角的控制算法其特徵在於，它依次含有以下步驟(1)初始化後，根據上位工控機的指令在數位訊號處理器DSP中設定原始觸發角α1、目標觸發角α2，可控串補參數電感L、電容C和ε的值和關係式初始導通角θ1＝π-α2；(2)根據上位工控機的指令在EEPROM中存入下列算法程序代碼C1=-12K(cos2tan(k(-2))-cos1tan(k(-1)))-(sin2-sin1);]]>C2＝cosα1tan(k(π-α1))+ksinα1；=1karctan[ktan(1)-c2cos(1)];]]>2=arcsinc1cos+;]]>其中， σ為中間變量；(3)根據上位工控機指令，把原始觸發角α1與目標觸發角α2的值代入C1、C2的計算式，得出常量C1、C2；(4)計算中間變量σ的值；(5)根據σ的值求出θ2的值；(6)判斷θ1-θ2＜ε？，ε為設定的很小值，若θ1-θ2≥ε，則令θ1＝θ2並返回執行步驟(4)，若θ1-θ2＜ε，則執行下一步驟；(7)計算實際觸發角α＝π-θ1的值；(8)數位訊號處理器DSP經串口向脈衝發生器按實際觸發角α發出晶閘管觸發信號，即底層控制信號；(9)返回原始狀態。
使用證明本發明所設計的最小時間控制器可以將可控串補底層控制的動態響應時間縮小到10-20ms。
圖2GE電力公司的底層控制原理框圖。
圖3ABB電力公司的底層控制原理框圖。
圖4本發明的底層控制原理框圖。
圖5本發明的上層控制器的電路原理方框圖 及其和上位工控機、脈衝發生器的連接關係圖。
圖6本發明底層控制算法的波形說明圖。
圖7本發明上層控制器用以說明控制算法的電腦程式流程框圖。
圖8用於說明圖7中電腦程式流程框圖的計算實例過程。
圖9用於說明本發明效果的穩態→過渡過程→穩態波形的過程展示圖。
請見圖6，它是用於說明初始導通角規律的。當晶閘管觸發角不變時，電容電壓過零點時刻不變；在晶閘管觸發時刻前移時，電容電壓過零點時刻也會相應前移。本發明提出的基於電容電壓峰值恆定的預測控制算法的基本原理就是通過給出一個比目標觸發角相對較小的晶閘管觸發角的值即實際觸發角，使得下一個半周期的電容電壓峰值可以很快地達到目標值，而後只要根據線電流3的零值和目標觸發角的值周期性地發出觸發脈衝，就可使電容電壓峰值維持在目標值，從而使系統迅速進入穩態。這可以從圖9中看出通過預先調整觸發角的值，可以使系統迅速進入穩態，在系統的兩個穩態之間只存在半個周期(10ms)的過渡時間，這意味著可控串補的底層控制時間被大大地縮短了，10ms其實已經是可控串補底層控制時間的最小值。一般情況下在30-40ms間，其中，6是穩態，7是過渡過程。
再見圖7，其計算實例見圖8。它只根據可控串補的自身參數即原始觸發角α1、目標觸發角α2以及電感L、電容C便可用迭代逼近法求出晶閘管的實際觸發角α，再用線電流3作為同步信號，基於線電流3的過零時刻使脈衝發生器給出觸發脈衝，就可使系統迅速進入穩態。其中，該控制算法的代碼存儲在EEPROM中，算法的執行由數據信號處理器DSP實現。
權利要求
1.一種可控串聯電容補償最小時間控制器，含有上層控制器，其特徵在於它含有輸入端與上位工控機目標觸發角輸出端相連的上層控制器，輸入信號為線電流的同步信號發生電路，輸入信號分別為來自上層控制器的實際觸發角信號和來自同步信號發生電路的線電流同步信號而輸出信號為晶閘管觸發脈衝的脈衝發生器；其中，上層控制器含有經PCI總線與上位工控機互連的PCI9080控制器，各自與PCI9080控制器互連的雙口RAM和總線緩衝器，備有EEPROM和SRAM且分別與雙口RAM，總線緩衝器互連的數位訊號處理器DSP，經總線接口3XBUS和數位訊號處理器DSP互連的A/D數據採集卡；所述的線電流來自總線接口3XBUS，所述的實際觸發角經串口來自數位訊號處理器DSP。
2.根據權利要求1所述的可控串聯電容補償最小時間控制器中的上層控制器所設計的控制方法即實際觸發角的控制算法其特徵在於，它依次含有以下步驟(1)初始化後，根據上位工控機的指令在數位訊號處理器DSP中設定原始觸發角α1、目標觸發角α2，可控串補參數電感L、電容C和ε的值和關係式初始導通角θ1＝π-α2；(2)根據上位工控機的指令在EEPROM中存入下列算法程序代碼C1=-12K(cos2tan(k(-2))-cos1tan(k(-1)))-(sin2-sin1);]]>C2＝cosα1tan(k(π-α1))+ksinα1；=1karctan[ktan(1)-c2cos(1)];]]>2=arcsinc1cos+;]]>其中， σ為中間變量；(3)根據上位工控機指令，把原始觸發角α1與目標觸發角α2的值代入C1、C2的計算式，得出常量C1、C2；(4)計算中間變量σ的值；(5)根據σ的值求出θ2的值；(6)判斷θ1-θ2＜ε？，ε為設定的很小值，若θ1-θ2≥ε，則令θ1＝θ2並返回執行步驟(4)，若θ1-θ2＜ε，則執行下一步驟；(7)計算實際觸發角α＝π-θ1的值；(8)數位訊號處理器DSP經串口向脈衝發生器按實際觸發角α發出晶閘管觸發信號，即底層控制信號；(9)返回原始狀態。
全文摘要
可控串聯電容補償最小時間控制器及其控制方法屬於柔性交流輸電系統可控矽串聯電容補償技術領域,其特徵在於,它含有:輸入為上位工控機目標觸發角的上層控制器,輸入為線電流的同步信號發生電路,輸入分別為來自上層控制器的實際觸發角和來自同步信號發生電路的線電流同步信號而輸出為晶閘管觸發脈衝的脈衝發生器;上層控制器含有:與上位工控機互連的控制器,各與控制器互連的雙口RAM和總線緩衝器,帶EEPROM和SRAM且分別和雙口RAM和總線緩衝器互連的數位訊號處理器,和數位訊號處理器互連的A/D數據採集卡。相應地提出了用迭代逼近法計算晶閘管實際觸發角的控制算法。與同類最小時間控制器相比,其動態響應時間僅10ms,幾乎接近極限,可使可控串補在晶閘管觸發角躍變後迅速進入穩態。
文檔編號H02J3/18GK1350354SQ0113486
公開日2002年5月22日 申請日期2001年11月16日 優先權日2001年11月16日
發明者童陸園, 耿俊成, 葛俊, 韓光, 王仲鴻 申請人:清華大學