双处理器SVC控制器设计及其10kV并网控制

摘要

电能是当今最重要的能源形式，电力工业则是国民经济发展与社会进步的基础产业。一个国家的电气化水平已成为衡量其现代化水平的一个重要标志。我国的电网结构本就薄弱，再加上接入了大量冲击性负载（如交流电弧炉、轧机、电焊机等），引起电网供电电压的波动与闪变、谐波、功率因数降低以及三相电压不平衡等，造成电网电能质量下降、损耗增加和效率降低，远不能满足21世纪各产业与人们生活对电力的需求，必须采取相应的措施对上述问题进行解决。静止无功补偿装置(Static Var Compensator，SVC)对综合解决上述电能质量问题有良好的效果。因此，设计具有稳定性好、静差率小、响应速度快的SVC便具有十分重要的意义。在此背景下，本文将设计针对10kV交流电弧炉的TCR+FC型SVC的控制系统，并对SVC的并网控制方式进行深入研究。
　　本文首先研究了TCR+FC型SVC对三相不平衡负载的补偿方法。在此基础上，提出了基于MCU+DSP双处理器结构的SVC控制系统的总体设计方案。根据SVC控制系统的功能要求，分别对主控模块、数据处理模块、上位机监控模块以及系统的通信方式进行了总体功能设计。
　　然后以80C196KC为主体微处理器，对SVC控制系统的主控模块进行了硬件设计，并对最后的硬件电路进行了安装调试，调试结果表明硬件电路功能完好。以硬件电路为基础，设计了SVC控制器的工作流程，对其中的主控模块进行了功能模块划分，给出了各功能模块的程序流程。接着编写了SVC主控模块的所有底层驱动程序，并完成了系统各种运行状态的程序实现，对程序运行结果进行了现场测试，测试结果表明软件设计思路正确，但仍需进一步完善。
　　在本文的最后对SVC的并网控制方式进行了深入研究，提出一种以补偿导纳为反馈量的闭环负反馈的SVC不平衡控制结构，并对其控制器进行了设计，然后利用Simulink对控制模型进行了仿真验证，结果表明控制效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 无功补偿的原理、作用及补偿装置

1．3 TCR+FC型SVC的补偿原理

1．4 本文主要工作与章节安排

第2章 SVC控制器系统设计

2．1 SVC的控制方法

2．1．1 TCR基本原理

2．1．2 三相不平衡负载的补偿方法研究

2．2 SVC控制系统的总体结构设计

2．2．1 SVC系统结构

2．2．2 SVC控制系统总体结构设计

2．3 SVC控制系统主控模块设计

2．4 SVC控制系统数据处理模块设计

2．5 SVC控制系统上位机监控模块

2．6 SVC控制系统通信设计

2．7 本章小结

第3章 SVC控制系统主控模块硬件设计

3．1 主控模块原理框图

3．2 主控模块最小系统设计

3．2．1 主控模块的电源及晶振设计

3．2．2 主控模块的复位、看门狗及掉电检测设计

3．3 主控模块的编址与译码实现

3．3．1 80C196KC的总线控制

3．3．2 主控模块的编址

3．3．3 主控模块的译码

3．4 主控模块人机接口设计

3．4．1 键盘设计

3．4．2 液晶设计

3．5 主控模块通信系统设计

3．5．1 MCU与DSP通信硬件设计

3．5．2 MCU与上位机通信硬件设计

3．6 系统抗干扰设计

3．6．1 抑制干扰源

3．6．2 切断干扰传播途径

3．6．3 提高敏感器件的抗干扰性能

3．7 主控模块硬件测试及结果分析

3．7．1 电源供电测试结果及分析

3．7．2 最小系统测试结果及分析

3．7．3 译码电路测试结果及分析

3．7．4 外设功能测试结果及分析

3．7．5 主控系统功能测试结果及分析

3．8 本章小结

第4章 SVC控制系统主控模块软件设计

4．1 程序模块划分与前后台式调用机制

4．1．1 主控系统程序流程设计

4．1．2 主控系统程序模块划分

4．1．3 前后台式程序调用机制

4．2 典型底层功能模块编程实现

4．2．1 80C196KC的C语言概述

4．2．2 按键驱动程序设计与实现

4．2．3 液晶显示驱动程序设计与实现

4．2．4 MCU与DSP通信协议与编程实现

4．2．5 MCU与上位机通信协议与编程实现

4．3 主控模块软件测试及结果分析

4．3．1 系统开机测试及结果分析

4．3．2 手动运行测试及结果分析

4．3．3 自动运行测试及结果分析

4．3．4 主控模块软件测试现状及结论

4．4 本章小结

第5章 SVC并网控制

5．1 SVC并网控制方式研究

5．1．1 SVC平衡控制方式

5．1．2 SVC不平衡控制方式

5．2 SVC控制器设计

5．2．1 TCR数学模型分析

5．2．2 调节器设计

5．3 SVC并网控制的MATLAB仿真

5．3．1 仿真环境简介

5．3．2 SVC并网控制仿真模型的搭建

5．3．3 仿真结果及分析

5．4 本章小结

第6章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 后续工作及展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所做工作