利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2012.12.312012.12.312013.01.112013.01.11本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化本科生課程設(shè)計(jì)（論文）注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯

2、20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)題目利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整（3）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)電力系統(tǒng)圖如圖：1 勵(lì)磁可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)：PN=280MW，cosN=0.85，UN=10.5KV，Xd=Xq=1.5； 2 變壓器 T1：SN=320MVA,Uk%=10.5,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.5MW,變比K1=24281.25%/10.5KV.3 變壓器 T2：SN=350MVA,Uk%=15,Pk=1.5MW,I0%=4,P0=0.5MW,變比K2=22081.25%/11KV.4 每回線路:L=220km,X1=0.42/km, R=0.07/km, b1

3、=2.810-6S/km.5 末端最大負(fù)荷: S=250MVA.最小負(fù)荷: S=120MVA. 功率因數(shù)均為 0.8。任務(wù)要求：1 計(jì)算各元件的參數(shù)，并畫(huà)出系統(tǒng)的等值電路。2 對(duì)給定的系統(tǒng)（變壓器為主分接頭，發(fā)電機(jī)電壓額定） ，計(jì)算各點(diǎn)電壓。3 確定負(fù)荷端并聯(lián)補(bǔ)償電容器的容量，使發(fā)電廠 220KV 母線電壓不超過(guò)242KV，變電所 10KV 母線電壓在 10KV 到 11.5KV 之間。4 利用單片機(jī)（或 PLC 等）實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償電力電容器的實(shí)時(shí)控制。5 對(duì)調(diào)壓結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解電壓調(diào)整的基本方法和原理。 （1 天）2、系統(tǒng)等值電路繪制及參數(shù)計(jì)算。 （1

4、天）3、變壓器取主分接頭，發(fā)電機(jī)取電壓額定，計(jì)算各點(diǎn)電壓（1 天）4、采用負(fù)荷端并聯(lián)補(bǔ)償電容器調(diào)壓方法，計(jì)算電容值，完成電壓調(diào)整要求。 （2天）5、利用單片機(jī)（或 PLC 等）實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電容器的實(shí)時(shí)控制。 （3 天）6、對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。 （1 天）7、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日T1 T2本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要在電力系統(tǒng)中，大量的負(fù)荷需要一定的無(wú)功功率，同時(shí)電力網(wǎng)中各種輸電設(shè)備也會(huì)引起無(wú)功功率損耗。為了保證用電設(shè)備有良好的工作電壓，避免受到配電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響而損壞用電設(shè)備，配電網(wǎng)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓調(diào)整。目

5、前控制方法主要有發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓、控制變壓器變比調(diào)壓、利用無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓和利用串聯(lián)電容器控制電壓。其中 利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整屬于利用無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓。其作用是在重負(fù)荷時(shí)發(fā)出感性無(wú)功功率，補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功需要，減少由于輸送這些感性無(wú)功功率而在輸電線路上產(chǎn)生的電壓降落，提高負(fù)荷端的輸電電壓。關(guān)鍵詞：無(wú)功功率；電壓波動(dòng)；功率補(bǔ)償；本科生課程設(shè)計(jì)（論文）目 錄第 1 章 緒論 .11.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整概況 .11.2 本文主要內(nèi)容 .1第 2 章 補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算 .22.1 等值電路 .22.2 參數(shù)計(jì)算 .22.2.1 變壓器參數(shù) .22.2.2 輸電線路及末端負(fù)荷的參數(shù)

6、值 .32.3 各點(diǎn)電壓計(jì)算 .3第 3 章 采用并聯(lián)電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算 .53.1 采用并聯(lián)電容器的電壓調(diào)整原理與方法 .53.2 補(bǔ)償容量的計(jì)算 .63.3 電力電容器的選擇 .7第 4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .94.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .94.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) .104.3 信號(hào)傳輸通道設(shè)計(jì) .104.4 控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì) .114.4.1 控制采集卡硬件結(jié)構(gòu) .114.4.2 DSP 處理器.124.4.3 A/D 轉(zhuǎn)換器.124.4.4 ISA 總線接口電路.124.5 控制設(shè)計(jì) .13第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .15參考文獻(xiàn) .16本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論

7、1.1 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整概況電力系統(tǒng)的電壓和頻率一樣，都是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。保證供給用戶的電壓和額定電壓值的偏移不超過(guò)規(guī)定的數(shù)值，是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電能以其高效，無(wú)污染，使用方便，易于調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)普遍應(yīng)用于社會(huì)各領(lǐng)域中。電力系統(tǒng)的出現(xiàn)推動(dòng)了電能的應(yīng)用的發(fā)展，使其進(jìn)入了新的時(shí)代。電力系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)水準(zhǔn)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。電力系統(tǒng)的負(fù)荷包括電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備、電熱器具、家用電器、沖擊性負(fù)荷（電弧爐、軋鋼機(jī)等）所有的用電設(shè)備都是以額定電壓為條件制造的，最理想的工作電壓是額定電壓。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)電壓偏離額定電壓時(shí)，將會(huì)對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生影響。當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)，將加大網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗

8、，造成不必要的電力資源的浪費(fèi)，還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；而電壓過(guò)高，則可能損害各種電氣設(shè)備的絕緣，為了增加并維持高絕緣水平，勢(shì)必引起龐大的資金投入。 為使電力系統(tǒng)電壓保持在一合理水平，保證電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。輸電系統(tǒng)使用串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置能夠有效地降低輸電系統(tǒng)間的電抗值，提高輸電能力和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低輸電系統(tǒng)工程造價(jià)。自 1950 年第一套 220kV 串聯(lián)補(bǔ)償裝置在瑞典投入運(yùn)行以來(lái)，高壓串聯(lián)補(bǔ)償裝置在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 本文主要內(nèi)容本文主要研究在簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)中，利用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整。首先計(jì)算了各元件的參數(shù)，并畫(huà)出系統(tǒng)的等值電路，然后

9、計(jì)算出各點(diǎn)電壓，最后通過(guò)對(duì)前面計(jì)算數(shù)據(jù)的整合計(jì)算，確定負(fù)荷端并聯(lián)補(bǔ)償電容器的容量，使發(fā)電廠220KV 母線電壓不超過(guò) 242KV，變電所 10KV 母線電壓在 10KV 到 11.5KV 之間。之后將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相比較確認(rèn)偏差不大后，嘗試著利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償電力電容器的實(shí)時(shí)控制。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 補(bǔ)償前系統(tǒng)電壓計(jì)算2.1 等值電路系統(tǒng)等效電路圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 系統(tǒng)等效電路圖2.2 參數(shù)計(jì)算2.2.1 變壓器參數(shù)變壓器 T1 的各參數(shù)值：858. 0103200002421500103223212111NNKTSUPR22.1910320000242

10、5 .101021210011NNKTSUUXMVAMVAjSIjPSN）（8 .12j5 . 0)32010045 . 0(10000001變壓器 T2 的各參數(shù)值：71. 0103200002201500103223222222NNKTSUPR69.2210320000220151022220022NNKTSUUXMVAMVAjSIjPSN）（14j5 . 0)35010045 . 0(10000002ZZZjBL/2jBL/2SoS01jQB1jQB2S02XsT1LT21S1S12S2SLDSmaxSmix.S0S303本科生課程設(shè)計(jì)（論文）32.2.2 輸電線路及末端負(fù)荷的參數(shù)值線路

11、參數(shù)：)2 .467 . 7()22042. 022007. 0(21jjjXRZLLLSSBL461016. 6220108 . 222121var81.29-var2201016. 62124221MMVBQQNLBB根據(jù)題意可知 8 . 0cos6 . 0sin末端最大負(fù)荷：MVAMVAS）（150j200)sin250cos250(max末端最小負(fù)荷：MVAjMVAS)7296(sin120cos120min）（2.3 各點(diǎn)電壓計(jì)算作為初步估算，先用符合功率計(jì)算變壓器繞組損耗和線路損耗。27. 9)7 . 771. 0858. 0(21TLTLTRRRR11.882 .4669.222

12、2.1921）（TLTLTRXXXMVAMVAjSLT)6 .105j9 .10()9 .8144. 8(220150200222maxMVAMVAjSLT)7 .23j4 . 2()9 .8144. 8(2207296222min所以可得：MVAQQjSSSSSBBLT）（4 .282j28.152j210201maxmaxmax1MVAjQQjSSSSSBBLT)5 .12278.39(j210201minminmin1利用首端功率求出最大負(fù)荷是降壓變壓器歸算到高壓側(cè)的低壓母線電壓，電壓值為：VVUXQRPUUk35.133k)24211.884 .28227. 928.152242(0m

13、ax1max10max3本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4VVUXQRPUUk87.195k)24211.885 .12227. 978.39242(0min1min10min3按最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出運(yùn)行來(lái)選擇降壓變壓器變比，則有：VUUUUNtk457.215111087.1953min3min3規(guī)格化后，取 220分接頭，即 K=。0002011220本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5第 3 章 采用并聯(lián)電容器并聯(lián)補(bǔ)償?shù)碾妷赫{(diào)整計(jì)算3.1 采用并聯(lián)電容器的電壓調(diào)整原理與方法電力系統(tǒng)中的大部分負(fù)荷是電感性的，這些感性負(fù)荷要消耗大量的無(wú)功功率，例如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率約占其總功率的60%-70%，變壓器

14、約占其總功率的20%-25%，而空載運(yùn)行時(shí)，變壓器的功率因數(shù)只有0.01左右，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)只有0.1-0.2左右。如果感性負(fù)荷所需的無(wú)功功率得不到就地補(bǔ)償?shù)脑挘瑒?shì)必由發(fā)電機(jī)來(lái)供給，即電氣設(shè)備與電源之間存在大量的功率交換。大量的無(wú)功電流在電源與負(fù)荷之間流動(dòng)，造成電網(wǎng)電能的消耗，降低電源的功率因數(shù)。因此，一般需要增設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)電源的功率因數(shù)。在交流電路中，純電阻元件中負(fù)載電流與電壓同相位，純電感負(fù)載中電流滯后電壓，純電容負(fù)載中電流超前電壓。也就是說(shuō)，純電容中的電流與純電9090感中的電流相位相差，可以相互抵消，即當(dāng)電源向外供電時(shí)，感性負(fù)荷向外180釋放的能量由容性負(fù)

15、荷儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)感性負(fù)荷需要能量時(shí)，再由容性負(fù)荷向外釋放的能量來(lái)提供。能量在兩種負(fù)荷之間互相交換，感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率就可從容性負(fù)荷輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功功率就地解決，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。電容器只能發(fā)出感性無(wú)功功率來(lái)提高電壓，而不能吸取感性無(wú)功功率來(lái)降低電壓，它們只能在重負(fù)荷時(shí)投入，輕負(fù)荷可能部分或全部退出運(yùn)行。為了保證用戶對(duì)電壓質(zhì)量的要求，在選用電容器時(shí)，變壓器的分接頭應(yīng)該按最小負(fù)荷時(shí)，電容器全部退出運(yùn)行的條件考慮，即按變壓器分接頭電壓為來(lái)選擇，分接頭電mintjU壓計(jì)算式如下： （3-minminminjNjjtjUUUU1）試中， 為電容器全部退出運(yùn)行時(shí)，變電所變壓器的分接頭

16、電壓；為變mintjUminjU壓所低壓側(cè)母線欲保持電壓； 變電所變壓器低壓側(cè)額定電壓；為最小NjUminjU負(fù)荷時(shí)，變電所母線的電壓。 選定電壓后，按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求確定應(yīng)該設(shè)置的電容器容量：mintjUcQ本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6 （3-var2MKKUUXUQjjcsjjcc2）式中為變電所低壓側(cè)要求保持的電壓；為設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備前歸算至高壓側(cè)的jcUjU變電所低壓母線的電壓；為歸算至高壓側(cè)的母線s，j之間的總電抗；K為降壓sjX變壓器變比即。NjtjUU /3.2 補(bǔ)償容量的計(jì)算系統(tǒng)接線及負(fù)荷狀態(tài)如圖2-1所示，設(shè)置補(bǔ)償電容器前，最大負(fù)荷時(shí)降壓變電所3處低壓側(cè)歸算至高壓側(cè)的電壓為：VV

17、UXQRPUUk35.133k)24211.884 .28227. 928.152242(0max1max10max3最小負(fù)荷時(shí)為：VVUXQRPUUk87.195k)24211.885 .12227. 978.39242(0min1min10min3按常調(diào)壓要求，確定負(fù)荷端并聯(lián)補(bǔ)償電容器的容量，使發(fā)電廠220KV母線電壓不超過(guò)242KV，變電所10KV母線電壓在10KV到11.5KV之間。選擇，KVUj5 .10min最小負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)償電容器全部退出，降壓變壓器分接頭應(yīng)選為KVUUUUjNjjtj88.2045 .101157.195minminmin選用220+10%即242分接頭。帶入式3

18、-2，按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求（仍未）確定電容器的容量KVUj5 .10mincQ本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7 2maxminmaxNjtjtjNjjjsjjccUUUUUUXUQ 221188.20488.2041135.1335 .102 .465 .10 var36.263M校驗(yàn)電壓偏移：最大負(fù)荷時(shí)，電容器全部投入KVUjc23.22924211.88)36.2634 .282(27. 928.152242max低壓母線實(shí)際電壓為：KVUjc42.102421123.229max電壓偏移為：%76. 05 .1042.105 .10max最小負(fù)荷時(shí)，電容器全部退出，已知，低壓母線實(shí)際電壓為：V

19、Ujk87.195minKVUjc52.1088.2041187.195min電壓偏移為：%19. 05 .105 .1052.10min綜上所述，選擇的并聯(lián)電容器能滿足降壓變電所常調(diào)壓的var36.263MQc要求。3.3 電力電容器的選擇并聯(lián)電容器是指并聯(lián)在系統(tǒng)的電容器。電容器是電子工業(yè)與電工設(shè)備中的基本元件之一。電容器就是儲(chǔ)藏點(diǎn)和的電容器。電容器通常由兩塊中間隔以絕緣介質(zhì)的導(dǎo)電板組成。兩塊絕緣板中間的介質(zhì)可以使氣體、液體、固體或者混合體。電容器的命名方法很多，如按接入系統(tǒng)的方式的不同進(jìn)行命名，分為并聯(lián)電容器，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8串聯(lián)電容器，按電壓等級(jí)別的不同分為高壓電容器、低壓電容器

20、。不過(guò)通常對(duì)于具體的電容器來(lái)說(shuō)，一般以絕緣介質(zhì)的名稱來(lái)命名電容器，如空氣電容器，云母電容器、紙質(zhì)電容器、薄膜電容器、紙膜復(fù)合介質(zhì)電容器等。在電路中以符號(hào)“C”來(lái)表示電容器。并聯(lián)在電力系統(tǒng)的大功率電容器稱為并聯(lián)電力電容器，也稱并聯(lián)靜電電容器，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為并聯(lián)電容器。并聯(lián)電容器通過(guò)吸收容性無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償感性無(wú)功功率和增大局部電壓。并聯(lián)電容器首先是在 20 世紀(jì) 10 年代中期用于功率因數(shù)的校正，但是，由于早期的電容器使用油作為絕緣介質(zhì)，體積和重量太大而且價(jià)格很貴，電容器的應(yīng)用受到限制。20 世紀(jì) 30 年代，由于在電容器生產(chǎn)中引入了較便宜的絕緣材料和其他改進(jìn)，使得其價(jià)格和體積有大幅度下降。因此，自

21、 20 世紀(jì) 30 年代后期電容器的使用有顯著的增加。本設(shè)計(jì)采用的是單臺(tái)鐵殼式并聯(lián)電容器，這類(lèi)電容器量大面廣，單臺(tái)容量一般是 50、100、200、334kvar 等多種，現(xiàn)在還有更大容量（例如 500kvar 及以上容量）的產(chǎn)品問(wèn)世，一般 lO0kvar 以上容量的產(chǎn)品帶有內(nèi)熔絲。這種產(chǎn)品一旦損壞，用戶可以很快用備品自行更換，及時(shí)讓裝置恢復(fù)運(yùn)行，因此采用此類(lèi)產(chǎn)品時(shí)投運(yùn)率高。加之可以配置外熔斷器，保護(hù)相對(duì)比較完善。目前 220kV、特別是330kV 及以上電壓等級(jí)變電站大多采用單臺(tái)鐵殼式并聯(lián)電容器。這種款式的電容器中，我國(guó)二三十年間一直以內(nèi)熔絲電容器為主，即電容器內(nèi)部每個(gè)元件上都配裝一根小熔絲

22、。近幾年來(lái)出現(xiàn)了無(wú)熔絲電容器，是一種既無(wú)內(nèi)熔絲、也無(wú)外熔絲的電容器。20 世紀(jì) 70 年代以前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的全紙電容器與早期的紙膜復(fù)合電容器，白于當(dāng)時(shí)內(nèi)熔絲還處在研究階段，不可能采用到產(chǎn)品中去，保護(hù)電容器的專用外熔斷器也是從 1980 年起才開(kāi)始研制。電容器出現(xiàn)內(nèi)部元件擊穿后，全依靠電磁式繼電器來(lái)保護(hù)，所以當(dāng)時(shí)的電容器都是完全的無(wú)熔絲電容器。隨后內(nèi)外熔絲的相繼應(yīng)用，使我國(guó)的無(wú)熔絲電容器消失了約 30 年。此間雖然也一直存在無(wú)內(nèi)熔絲電容器，但要配置外熔絲后才允許使用。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9第 4 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用 TCSC 系統(tǒng)，整體方案設(shè)計(jì)如圖 4.1 所示

23、，其主要包括信號(hào)接口模塊、控制與保護(hù)模塊、錄播通信及監(jiān)控等功能模塊。監(jiān)控計(jì)算機(jī)TCSC 一次主電路控制與保護(hù)模塊通信模塊信號(hào)接口模塊錄播模塊圖 4.1 TCSC 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)圖（1） 信號(hào)接口模塊：主要完成信號(hào)的調(diào)理劑格力驅(qū)動(dòng)等功能其中包括以下倆個(gè)部分：模擬量調(diào)理將傳感器的輸出調(diào)理成采集卡A/D 輸入通道相匹配的電壓信號(hào)；同步信號(hào)的處理；開(kāi)關(guān)量及觸發(fā)脈沖的隔離驅(qū)動(dòng)。（2） 控制保護(hù)模塊：控制保護(hù)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心?？刂票Ｗo(hù)模塊主要實(shí)現(xiàn)各種控制算法和保護(hù)算法以及對(duì)晶閘管的脈沖觸發(fā)?？刂票Ｗo(hù)模塊同時(shí)還向監(jiān)控系統(tǒng)提供 TCSC 的運(yùn)行信息。（3） 錄播模塊：主要功能是記錄 TCSC 裝置本身及線路

24、的運(yùn)行狀態(tài)。錄播模塊和控制保護(hù)模塊采用各自獨(dú)立的采集通道。（4） 通信模塊：通信模塊將整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)連接在一起，通信模塊負(fù)責(zé)向監(jiān)控模塊上傳 TCSC 運(yùn)行狀態(tài)及控制保護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)信息和下傳監(jiān)控模塊的控制命令。同時(shí)，通信模塊還負(fù)責(zé)錄播模塊的數(shù)據(jù)上傳。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10（5） 監(jiān)控模塊：監(jiān)控模塊提供領(lǐng)號(hào)的人機(jī)接口?？赏ㄟ^(guò)監(jiān)控模塊獲取TCSC 裝置運(yùn)行狀態(tài)機(jī)器參數(shù)和遠(yuǎn)距離 TCSC 裝置下發(fā)指令。4.2 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 ICP 通信模塊實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)工控機(jī)錄波機(jī)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的連接。通信系統(tǒng)示意圖如圖 4.2 所示。圖 4.2 通信系統(tǒng)示意圖4.3 信號(hào)傳輸通道設(shè)計(jì)信號(hào)接口模塊主要完成

25、電路的信號(hào)轉(zhuǎn)換預(yù)處理及隔離驅(qū)動(dòng)等功能。對(duì)模擬信號(hào)的處理如圖 4.3 所示，模擬線號(hào)包括：三相電容器電壓及電流，線路電流及電壓，電抗器支路電流和 MOV 支路電流。圖 4.3 模擬線號(hào)的處理開(kāi)關(guān)量的輸入輸出都必須經(jīng)過(guò)光隔離。輸入的開(kāi)關(guān)量包括接觸器的開(kāi)和狀態(tài)和脈沖觸發(fā)，如圖 4.4 所示。輸出的開(kāi)關(guān)量包括數(shù)字觸發(fā)卡輸出到晶閘管的的觸發(fā)脈沖和對(duì)接觸器的開(kāi)關(guān)炒作，如圖 4.5 所示。A/D模信信號(hào)電壓形成硬件限幅電壓跟隨模擬低通濾波霍爾元件監(jiān)控計(jì)算機(jī) ICP通信模塊控制機(jī)箱錄波機(jī)箱本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11圖 4.4 輸入開(kāi)關(guān)量圖 4.5 輸出開(kāi)關(guān)量4.4 控制及數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)4.4.1 控制采集卡硬件

26、結(jié)構(gòu)控制保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是利用一種基于 ISA 總線及 DSP 處理器的數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)的?？刂撇杉ㄓ布Y(jié)構(gòu)如圖 4.6 所示，主要包括 DSP 處理器，高速A/D 轉(zhuǎn)換器，ISA 總線接口三個(gè)部分。I/O 口或擴(kuò)展的I/O 口光 電隔 離開(kāi)關(guān)量觸發(fā)脈沖光電隔離驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器晶閘管光電隔離驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器開(kāi)關(guān)操作晶閘管前置濾波器A/DDSP光隔離ISA總線接口控制上位機(jī)ISA總線雙端口RAMISA 總線中斷開(kāi)關(guān)量模擬量啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12圖 4.6 控制采集卡硬件結(jié)構(gòu)圖它對(duì)三相電容器的電壓，電容器電流，電抗器支路電流，線路電流線路電壓等模擬量進(jìn)行采集，同時(shí)并對(duì)個(gè)電流電

27、壓進(jìn)行傅里葉分析，求出基波分量和諧波分量，為控制算法和保護(hù)算法提供輸入。4.4.2 DSP 處理器控制采集卡選用的 DSP 處理器是 TMS320F206,該芯片屬于 TI 公司生產(chǎn)的TMS320F2XX 系列。其主要特點(diǎn)如下：具有 4.5K 片內(nèi) RAM 和 32K 片內(nèi) FLASH；32 位累加器和 32 位算術(shù)邏輯單位；16 位的地址總線和 16 位的數(shù)據(jù)總線；運(yùn)算速度可達(dá) 40MIPS;價(jià)格低廉。DSP 是整個(gè)控制采集的核心。DSP 定時(shí)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入雙端口 RAM，并對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析，將分析結(jié)果也存入雙端口 RAM。然后DSP 產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，由控

28、制機(jī)通過(guò) ISA 總線將個(gè)雙端口 RAM 中的分析結(jié)果讀到內(nèi)存中。4.4.3 A/D 轉(zhuǎn)換器A/D 轉(zhuǎn)換器選用的是 MAX125，其轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換速度快 MAX125 是 MAXTM公司生產(chǎn)的高速 2*4 通道，同不采樣 14 位分辨率，逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，單通道最大轉(zhuǎn)換時(shí)間位 3us。具有的 4 個(gè)采樣/保持放大器可對(duì) 4 個(gè)通道的模擬信號(hào)同時(shí)采樣，每個(gè)采樣/保持器前端有雙路選擇，因此時(shí)即可接入 8 路模擬信號(hào)。其最大采樣速率為 250kHz,14 位數(shù)據(jù)總線接口，且并行接口數(shù)據(jù)訪問(wèn)和總線釋放的定時(shí)特性與絕大部分?jǐn)?shù)字信號(hào)處理器（DSP）及 16 位/32 位微處理器的特性兼容。

29、因此，其轉(zhuǎn)換結(jié)果可由這些處理器直接讀取而不需要等待狀態(tài)。本設(shè)計(jì)的每塊采集卡包括兩片 MAX125,因此可以對(duì) 16 路模擬信號(hào)進(jìn)行采集。4.4.4 ISA 總線接口電路ISA 總線(Industry Standard Architecture）也稱為 AT 總線，最高工作頻率為 8MHz。ISA 總線同時(shí)具有 8 位和 16 位擴(kuò)展槽結(jié)構(gòu)，有兩部分組成：一部分有 63 腳，這部分與 PC/XT 總線基本相同；另一部分有 36 腳，是 AT本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13機(jī)新增部分。本設(shè)計(jì)使用的是 8 位的 62 腳擴(kuò)展槽。這 62 根線可分為 6 類(lèi)：數(shù)據(jù)線、地址線、控制線、輔助線和電源線，根據(jù)本設(shè)

30、計(jì)需要，對(duì)其重要線作簡(jiǎn)要介紹。D0D7 共 8 位，雙線數(shù)據(jù)線 ;A0A19 共 20 位，地址線，只為輸出信號(hào)；IRQ3IRQ9 中斷請(qǐng)求信號(hào)，用來(lái)從系統(tǒng)總線產(chǎn)生對(duì)CPU 的中斷，這些信號(hào)直接引導(dǎo)處理板的 8259A 中斷控制器。一個(gè)上升信號(hào)沿將對(duì)CPU 產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。硬中斷請(qǐng)求信號(hào)和對(duì)應(yīng)的中斷向量號(hào)與外接設(shè)備如表4.1 所示。I/OR,I/OW IO 讀寫(xiě)信號(hào);AEN 地址使能信號(hào)。表 4.1 中斷請(qǐng)求信號(hào)對(duì)應(yīng)的外接設(shè)備中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷向量信號(hào)使用的設(shè)備IRQ08系統(tǒng)定時(shí)器IRQ19鍵盤(pán)IRQ210對(duì) XT 機(jī)保留 AT 總線擴(kuò)充為 IRQ8-15IRQ311RS-232C(COM1)IRQ412RS-232C(COM2)IRQ513硬盤(pán)中斷IRQ614軟盤(pán)中斷IRQ715打印機(jī)中斷IRQ870時(shí)鐘中斷IRQ971軟中斷IRQ1072保留IRQ1173保留IRQ1274保留IRQ1375協(xié)處理器中斷IRQ1476硬盤(pán)控制器IRQ1577保留4.5 控制設(shè)計(jì)控制程序流程圖如圖 4.7 與圖 4.8 所示?？刂撇杉ㄖ粚?duì)模擬量進(jìn)行采集。設(shè)定美洲玻采樣 24 個(gè)點(diǎn)。因此，DSP 處理器的定時(shí)器沒(méi) 0.02/24 秒產(chǎn)生一次中斷，即在