10 kV晶闸管分级电压调节器控制器
2008-01-14 17:02:45 来源：
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电力18讯： 摘要：为解决长线路和带有分散发电设备配电网的电压调节问题，开发、研制了一种用于中低压配电网，能双向调节电网电压的晶闸管电压调节器TVR（Thyristor Voltage Regulator）。该文重点介绍了TVR控制器的设计思想和方法，包括控制器的总体设计、软硬件设计和抗干扰措施等，此控制器能很好地实现电压调节、监测、故障保护、定值设置等功能。
关键词：电压质量；控制器；晶闸管
中图分类号：TM632+.1 文献标志码：B 文章编号:1003-0867(2006)08-0060-02
为保证长线路末端用户的电压在允许的范围内，开发一种用于中低压配电网，能双向调节电网电压的晶闸管电压调节器TVR（Thyristor Voltage Regulator）。该调节器由调节变压器，串联变压器，晶闸管开关和TVR控制器等部分组成，调节变压器二次侧有若干抽头，配合晶闸管开关向串联变压器提供不同大小和方向的调节电压。
1 TVR控制器工作原理
TVR主电路接线如图1所示(图中T1T2分别为串联变压器和调整变压器；L为限流电抗器；KA为电流继电器；KM为交流接触器)。
图1 TVR主接线
图1 TVR主接线
当TVR接入10 kV线路时，调整变压器额定抽头电压可得到100 V，200 V和300 V的电压，经与晶闸管开关桥各元件导通情况相配合，可向串联变压器提供 0 V， 100 V， 200 V， 300 V共7档位的调节电压。晶闸管开关桥每相6只、三相共 18只晶闸管模块受TVR控制器的控制，控制器检测到TVR用户侧电压的变化，则按设定策略控制对应晶闸管模块导通，通过串联变压器对电网电压进行调节，从而实现对电网电压的升、降压调整控制。
2 TVR控制器硬件设计
控制器是TVR的控制中枢与核心部件，通过控制调节器主电路实现调压、保护等功能，同时实现定值整定、电压监测、数据保存等辅助功能。根据控制器的功能需求设计了控制器硬件电路，控制器硬件系统由DSP、模拟量输入单元、开关量输入单元、输出控制单元、人机接口单元等组成。
2.1 CPU的选用
控制器的CPU选用DSP芯片TMS320LF2407A，该芯片是Ti公司的一款定点DSP，字长16位，它的设计基于增强型的哈佛结构，具有4级流水线，处理能力高达40Mips。其内部结构和指令系统都有利于高效地进行数字信号的处理运算。同时该芯片还有非常丰富的外设资源，包括16路10位A/D，16路PWM，捕获单元CAP等。在本设计中采用A/D采样电压、电流信号，采用CAP测量频率，采用PWM控制晶闸管切换抽头。控制程序写入芯片内部32K Flash存储器中，内部1.5K 的RAM用于存储变量。正是由于DSP芯片的内部资源非常丰富所以整体硬件非常简单，不仅降低了成本也有利于提高可靠性。
2.2 模拟量输入单元
模拟量输入单元由变送器、抗干扰处理、低通滤波器等环节组成。电压、电流信号经变送器变换后再经滤波和限幅后送入DSP的A/D进行采样。为防止出现频谱的“混叠效应”，用低通滤波器滤除输入信号中高于1/2采样频率的高频成分。
2.3 开关量输入单元
控制器设计有线路过流、TVR温度过高、开关阀过流等多种保护。TVR温度过高等保护的状态经开关量输入电路送单片机处理。在内部或外部故障时闭锁送晶闸管开关的触发信号。
2.4 输出控制单元
控制器输出包括每相6只、三相共18只双向晶闸管模块的控制，以及电磁开关等保护设备的控制。TVR控制器对晶闸管开关模块的控制采用电平方式输出，输出信号经电压过零触发电路实现对晶闸管模块的控制。
2.5 人机接口单元
人机接口单元主要包括液晶显示器、信号指示灯、控制按键等。用于实现控制或故障信息显示、装置调试、定值设置等人机接口操作。
3 TVR控制器软件设计
依据调节器调压、保护等功能要求，运用模块化程序设计思想和C语言，设计了TVR 控制器的程序。控制器程序包括主程序和信号采集与计算、逻辑判断与分接头切换、辅助处理程序3个模块。采用这样的模块化结构对控制程序的编写、调试、修改都带来非常多的方便。
3.1 主程序
主程序模块是整个程序的管理者，实现各任务之间的调度和协调，在各个模块之间实现信息交换。
3.2 信号采集与计算程序
控制器信号采集采用定时中断方式，测量频率后调整采样间隔，从而实现软件频率跟踪，算法采用整周傅立叶算法。
3.3 逻辑判断与动作程序
本模块实现控制功能，通过实时监测用户侧电压的变化确定是否需要进行动作，为防止分接开关频繁动作要经过设定的动作延迟时间后再使相应晶闸管导通。本模块还通过测量电压和电流判断整个系统的工作状态，一旦出现故障就立即闭合电磁开关，使补偿回路失效，不会引起用户停电。
3.4 辅助处理程序
辅助处理程序包括液晶显示、键盘识别与人机交换等<
关键词：电压质量；控制器；晶闸管
中图分类号：TM632+.1 文献标志码：B 文章编号:1003-0867(2006)08-0060-02
为保证长线路末端用户的电压在允许的范围内，开发一种用于中低压配电网，能双向调节电网电压的晶闸管电压调节器TVR（Thyristor Voltage Regulator）。该调节器由调节变压器，串联变压器，晶闸管开关和TVR控制器等部分组成，调节变压器二次侧有若干抽头，配合晶闸管开关向串联变压器提供不同大小和方向的调节电压。
1 TVR控制器工作原理
TVR主电路接线如图1所示(图中T1T2分别为串联变压器和调整变压器；L为限流电抗器；KA为电流继电器；KM为交流接触器)。
图1 TVR主接线
当TVR接入10 kV线路时，调整变压器额定抽头电压可得到100 V，200 V和300 V的电压，经与晶闸管开关桥各元件导通情况相配合，可向串联变压器提供 0 V， 100 V， 200 V， 300 V共7档位的调节电压。晶闸管开关桥每相6只、三相共 18只晶闸管模块受TVR控制器的控制，控制器检测到TVR用户侧电压的变化，则按设定策略控制对应晶闸管模块导通，通过串联变压器对电网电压进行调节，从而实现对电网电压的升、降压调整控制。
2 TVR控制器硬件设计
控制器是TVR的控制中枢与核心部件，通过控制调节器主电路实现调压、保护等功能，同时实现定值整定、电压监测、数据保存等辅助功能。根据控制器的功能需求设计了控制器硬件电路，控制器硬件系统由DSP、模拟量输入单元、开关量输入单元、输出控制单元、人机接口单元等组成。
2.1 CPU的选用
控制器的CPU选用DSP芯片TMS320LF2407A，该芯片是Ti公司的一款定点DSP，字长16位，它的设计基于增强型的哈佛结构，具有4级流水线，处理能力高达40Mips。其内部结构和指令系统都有利于高效地进行数字信号的处理运算。同时该芯片还有非常丰富的外设资源，包括16路10位A/D，16路PWM，捕获单元CAP等。在本设计中采用A/D采样电压、电流信号，采用CAP测量频率，采用PWM控制晶闸管切换抽头。控制程序写入芯片内部32K Flash存储器中，内部1.5K 的RAM用于存储变量。正是由于DSP芯片的内部资源非常丰富所以整体硬件非常简单，不仅降低了成本也有利于提高可靠性。
2.2 模拟量输入单元
模拟量输入单元由变送器、抗干扰处理、低通滤波器等环节组成。电压、电流信号经变送器变换后再经滤波和限幅后送入DSP的A/D进行采样。为防止出现频谱的“混叠效应”，用低通滤波器滤除输入信号中高于1/2采样频率的高频成分。
2.3 开关量输入单元
控制器设计有线路过流、TVR温度过高、开关阀过流等多种保护。TVR温度过高等保护的状态经开关量输入电路送单片机处理。在内部或外部故障时闭锁送晶闸管开关的触发信号。
2.4 输出控制单元
控制器输出包括每相6只、三相共18只双向晶闸管模块的控制，以及电磁开关等保护设备的控制。TVR控制器对晶闸管开关模块的控制采用电平方式输出，输出信号经电压过零触发电路实现对晶闸管模块的控制。
2.5 人机接口单元
人机接口单元主要包括液晶显示器、信号指示灯、控制按键等。用于实现控制或故障信息显示、装置调试、定值设置等人机接口操作。
3 TVR控制器软件设计
依据调节器调压、保护等功能要求，运用模块化程序设计思想和C语言，设计了TVR 控制器的程序。控制器程序包括主程序和信号采集与计算、逻辑判断与分接头切换、辅助处理程序3个模块。采用这样的模块化结构对控制程序的编写、调试、修改都带来非常多的方便。
3.1 主程序
主程序模块是整个程序的管理者，实现各任务之间的调度和协调，在各个模块之间实现信息交换。
3.2 信号采集与计算程序
控制器信号采集采用定时中断方式，测量频率后调整采样间隔，从而实现软件频率跟踪，算法采用整周傅立叶算法。
3.3 逻辑判断与动作程序
本模块实现控制功能，通过实时监测用户侧电压的变化确定是否需要进行动作，为防止分接开关频繁动作要经过设定的动作延迟时间后再使相应晶闸管导通。本模块还通过测量电压和电流判断整个系统的工作状态，一旦出现故障就立即闭合电磁开关，使补偿回路失效，不会引起用户停电。
3.4 辅助处理程序
辅助处理程序包括液晶显示、键盘识别与人机交换等<
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