基于ＤＳＰ的动分岔控制系统技术方案

一种基于ＤＳＰ的动分岔控制系统。该系统包括：主电路和控制部分；主电路由无功补偿系统和滤波系统组成，可以有效的抑制电力系统的功率／频率振荡，消除Ｈｏｐｆ分岔。在电力系统存在不确定因素或受到扰动时，滤波系统可以在保持平衡点不变的情况下，改变分岔的临界性，可将原系统发生的亚临界Ｈｏｐｆ分岔转化为超临界Ｈｏｐｆ分岔，从而保持系统受到扰动后迅速渐进稳定。控制部分由检测电路、控制电路和驱动电路组成；其中控制电路具体包括ＤＳＰ控制器、逻辑电路、信号调理电路和Ｄ／Ａ转换电路。本实用新型专利技术具有硬件设计简单、集成度高、电磁兼容性好等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

基于DSP的动分岔控制系统
本技术属于电力系统稳定性控制
，具体涉及一种基于DSP的动分岔 控制系统。
技术介绍
近年来，随着互联电力系统规模逐渐扩大及现代电力电子设备的介入，其动态特 性变得越来越复杂，系统中经常出现一些非线性奇异现象，电力系统的运行状态日趋严峻， 非线性问题已逐渐引起人们的重视，因此为了确保电力系统的安全性，必须寻找能够分析 并控制非线性问题的新方法，于是一些研究工作者把目标转向了中心流形理论、分岔理论 和混沌理论。分岔理论的发展为解决包括电压稳定性在内的电力系统问题带来了契机，这 就是将非线性动态系统的分岔分析理论引入电力系统电压稳定性分析的客观背景。分岔现象一般来说十分复杂，如大型电网临近崩溃时，电压出现周期性振荡，但是 通过分岔控制的办法能有效地延迟或避免灾变的发生。Hopf分岔是最具有代表性的动态分 岔，也是电力系统经常发生的现象，往往导致系统持续周期振荡或振幅不断增大，最终致使 系统振荡失稳。因此，设计一个有效的控制系统来控制电力系统的Hopf分岔具有非常重要 的现实意义。
技术实现思路
本技术目的是解决电力系统因动态分岔导致系统持续周期振荡甚至振荡失 稳的问题，提供一种基于DSP的动分岔控制系统。本技术结合高性能的DSP对无功功率补偿系统以及基波损耗较小的三阶高 通滤波系统进行控制，可全方位较好的实现对电力系统Hopf分岔的有效控制，是一种快速 度、高精度的控制系统。本技术提供的基于DSP的动态分岔控制系统包括主电路和控制部分；其中，主电路由无功补偿系统和滤波系统组成，主要用于有效的抑制电力系统的功率 /频率振荡，改善电压质量，从而消除Hopf分岔；控制部分由检测电路、控制电路和驱动电路组成；其中，检测电路，安装在电网侧，并同时与主电路相连，主要负责各种电压、电流信号的 采集和转换，用于检测电网和主电路部分的电压和电流信号，然后将采集到的信号传输到 控制电路；控制电路，与检测电路连接，用于对检测电路采集到的数据进行分析比较后，对驱 动电路发出控制信号，并经驱动电路放大后直接控制主电路的动作；驱动电路，同时与控制电路和主电路连接，用于对控制电路的信号进行放大，并控 制主电路中无功补偿系统和滤波系统中开关元件的开通和关断，从而实现滤波和产生补偿 电流的功能。其中所述的主电路的具体组成及连接如下无功补偿系统(见图2)包括逆变部分、储能部分和滤波部 分。逆变部分采用智能功率模块IPM，储能部分采用直流储能电容器直接与逆变部分并联， 为该无功补偿系统提供能量；另外，逆变部分再串联上滤波电抗器构成整个无功补偿系统。滤波系统包括两个滤波电容器、一个电抗器和一个电阻组成，其中，电阻器与第 一滤波电容器构成的串联之路与电抗器并联后，再与第二滤波电容器串联；第一滤波电容 器提高了滤波系统对基波频率的阻抗，从而大大减小了基波损耗；该滤波系统和无功补偿 系统并联后，同时并联到电网上，对电网的各个重要的参数进行控制。所述的控制部分中的控制电路包括DSP控制器为控制电路的核心控制器件，用于对无功补偿系统进行实时控制；其 主频最高可达150MHz，即单个指令周期为6. 67ns，提高了控制系统的控制精度和芯片的处 理能力。而且，该芯片还提供浮点数学函数库，使得能够在定点处理器上方便的实现浮点运笪弁。逻辑电路通过数据总线直接和DSP相连，实现DSP控制板上外设和接口的地址译 码和逻辑控制；所述的逻辑电路主要是由可编程逻辑宏单元(MC，Macro Cell)围绕中心的 可编程互连矩阵单元组成。其中MC结构较复杂，并具有复杂的I/O单元互连结构。逻辑电 路内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连。该复杂可编程逻辑器件CPLD直接和 DSP相连，实现DSP控制板上外设和接口的地址译码和逻辑控制，协调整块板内各芯片的选 通和禁止工作。本文采用现有的逻辑控制电路，将在实施例部分给予介绍。信号调理电路通过接口与DSP相连，主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大 及滤波功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求；D/A转换电路通过数据线连接DSP控制器，用于将DSP控制器的数字信号输出转 换成模拟量，以实现模拟量的输出，以便实时观测控制器运行过程中某些变量的变化趋势。所述的信号调理电路的组成包括采样电阻Rs 信号调理电路中加入采样电阻，用于将霍尔传感器输出的电流信号 变成电压信号，实现I/V变换；当霍尔传感器输出的采样信号为电压信号，则应去掉采样电 阻；RC滤波器由一个电阻和一个电容相互并联组成。其作用是将有用的信号与噪声 分离，提高信号的抗干扰性及信噪比，并滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度。用于获 得需要的信号。电压跟随器其输入与RC滤波器输出连接，主要起隔离的作用，消除对采样电路 造成的影响和增强驱动能力的作用；加法电路连接电压跟随器输出，主要作用是把传感器发送来的双极性信号转换 为DSP可以处理的0 3V单极性信号；稳压管与加法电路连接，起限幅作用，使该电路的输出最高不超过3V，最小不小 于-0. 7V，确保DSP芯片在输入信号超出范围时免受损坏；低通滤波电路用于消除电路中的干扰信号。此外，本技术所述的数模转换电路的组成包括DA转换器由电阻阵列和η个电流开关构成。按数字输入值切换开关，产生比例于 输入的电电压。为了便于实时观测控制器运行过程中某些变量的变化趋势，控制板扩展了54通道12位的并行转换D/A输出，可同时对4个变量进行观测。本文采用现有的D/A转换 芯片实现模拟量的输出，将在实施例部分给予介绍。检测电路主要用于检测交流电压的过零点。它产生一个与电网同频率、其上升沿 对应于电网信号正向过零点的方波信号，作为DSP控制系统的同步中断源。当CPU发生中断 时，在中断服务程序中采样瞬时电流值，从而检测电压、电流相位关系，计算出功率因数角。 该电路包括输入滤波和比较两个部分。由于从电网输入往往不是纯正弦波，所以要得到电 网同步信号，必须首先进行滤波然后才能准确检测电网输入的相位。滤波器包括低通滤波 器、高通滤波器两部分。如附图6中(1) (2) (3)运放及外围阻容网络组成三个串联的二阶 低通、高通滤波器。其中，低通滤波器可以滤去电网输入信号中的高次谐波，使波形得到改 善，但是又使相位产生了滞后，因此又同后面的高通滤波器串联进行补偿。经两次滤波后， 不但滤去了谐波，波形接近正弦，而且没有相移。该滤波环节与比较环节串联，经滤波后的 信号再经过比较环节，即可作为控制电路的输入信号。所述的驱动电路采用现有的产品，将在实施例中对此作出说明。本技术所说的基于DSP的动态分岔控制系统的工作原理为由控制电路来控制逆变器开关元件的开通和关断，从而产生补偿电流；交流侧输 出端使用平波电抗器，减小PWM变流器产生的高次谐波，同时由专门的滤波系统对无功补 偿系统及电网进行再次滤波，以提高电网电能质量，进而控制分岔现象的各种特性；系统采 用直流侧电压闭环控制来稳定直流侧电压值，补偿能量损耗引起的直流侧电压变化；输出 的PWM脉冲电流采用预测电流控制方式(又叫无差拍控制方式)，加快电流的响应速度，提 高了电流的跟踪精度；检测电路主要负责各种电压、电流信号的采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种基于DSP的动态分岔控制系统，其特征在于该系统包括主电路和控制部分；其中，主电路由无功补偿系统和滤波系统组成，主要用于有效的抑制电力系统的功率/频率振荡，改善电压质量，从而消除Hopf分岔；控制部分由检测电路、控制电路和驱动电路组成；其中，检测电路，安装在电网侧，并同时与主电路相连，主要负责各种电压、电流信号的采集和转换，用于检测电网和主电路部分的电压和电流信号，然后将采集到的信号传输到控制电路；控制电路，与检测电路连接，用于对检测电路采集到的数据进行分析比较后，对驱动电路发出控制信号，并经驱动电路放大后直接控制主电路的动作；驱动电路，同时与控制电路和主电路连接，用于对控制电路的信号进行放大，并控制主电路中无功补偿系统和滤波系统中开关元件的开通和关断，从而实现滤波和产生补偿电流的功能。2.根据权利要求1所述的动态分岔控制系统，其特征在于所述的主电路的具体组成及 连接如下无功补偿系统包括逆变部分、储能部分和滤波部分；逆变部分采用智能功率模块 IPM，储能部分采用直流储能电容器直接与逆变部分并联，为该无功补偿系统提供能量；另 外，逆变部分再串联上滤波电抗器构成整个无功补偿系统；滤波系统包括两个滤波电容器、一个电抗器和一个电阻组成，其中，电阻器与第一滤 波电容器构成的串联之路与电抗器并联后，再与第二滤波电容器串联；第一滤波电容器提 高了滤波系统对基波频率的阻抗，从而大大减小了基波损耗；该滤波系统和无功补偿系统 并联后，同时并联到电网上，对电网的各个重要的参数进行控制。3.根据权利要求1所述的动态分岔控制系统，其特征在于所述的控制部分中的控制电 路包括DSP控制器为控制电路的核心控制器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马幼捷，李小双，周雪松，李季，问虎龙，贾丽英，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：实用新型
国别省市：12