電力系統(tǒng)智能穩(wěn)定器PSS的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育專 科 實(shí) 習(xí) 報(bào) 告題 目 電力系統(tǒng)智能穩(wěn)定器PSS的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 劉浩 批 次 1403 專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 1419011910068 學(xué)習(xí)中心 知金北京學(xué)習(xí)中心 2016年 3 月摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展,電力系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷的擴(kuò)大,重負(fù)荷遠(yuǎn)距離輸電線路也在不斷的增多,快速勵(lì)磁系統(tǒng)以及快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器得到普遍運(yùn)用,這些都使得電力系統(tǒng)低頻振蕩問(wèn)題日益突出,因此研究低頻振蕩問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生的影響也日漸重要。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制向來(lái)是受人們關(guān)注的保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。在此背景下,人們采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabi

2、lizers,即PSS)作為勵(lì)磁系統(tǒng)的附加控制。在發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是其重要的組成部分。它直接影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的影響。電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷增大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的日趨復(fù)雜，對(duì)發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性提出了更高的要求。本文正是根據(jù)這些要求以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，研究和設(shè)計(jì)了以TMS320F2812芯片為控制核心的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。基于TMS320F2812的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能夠在較大的電力系統(tǒng)運(yùn)行范圍內(nèi)向系統(tǒng)提供充分的阻尼，抑制低頻振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 低頻振蕩 TMS320

3、F2812 移相觸發(fā)ABSTRACTWith the development of the society, the size of power system is expanding.Heavy-load and long-distance transmission lines are increasing constantly , and the fast excitation system and AVR are widely used. All the development makes the problem of Power System Low Frequency Oscilla

4、tion more and more significant .Therefore, it is important to study on how the low frequency oscillation in fluence, the power system stability.Excitation control has always been an important means of attention to the protection of power stability of the system. In this context, it is the power syst

5、em stabilizer (Power System stabilizers PSS) as an additional control of the excitation system.The generator excitation system, excitation controller is an important part. It affects the operation characteristics of generator directly and is very important to safe and stable operation of the power s

6、ystem. With the increasing power of the large scale of the system and the system structure and operation mode of increasingly complicated, the power system requires that the generator excitation controller has higher reliability, stability, economy and flexibility. According to the these requirement

7、s, as well as the development trend both here and abroad, this paper researches and designs excitation controller of generator by TMS320F2812 chip as the control center.within the limits of the system to provide adequate damping power system stabilizer based on TMS320F2812suppress low-frequency osci

8、llation and improve the stability of the system.KEYWORDS: power system stabilizer Low-frequency oscillation MS320F2812 Phase-shift trigger 目 錄1 引言11.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器11.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器發(fā)展趨勢(shì)21.4 本課題研究意義22 電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理32.1 電力系統(tǒng)低頻振蕩32.2 電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析方法42.3 電力系統(tǒng)低頻振蕩分析模型52.4 影響阻尼的因素及解決措施63 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作原理83.

9、1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩的原理83.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號(hào)93.3 PSS的傳遞函數(shù)94 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)104.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)圖104.1.1TMS320F2812芯片介紹.11 4.1.2TMS320F2812 引腳介紹. 114.2 模擬量輸入通道134.2.1 交流信號(hào)采集調(diào)理電路134.2.2 直流信號(hào)采集調(diào)理電路144.2.3 ADC采樣模塊144.3 開關(guān)量輸入輸出單元154.3.1 開關(guān)量輸入通道164.3.2 開關(guān)量輸出通道174.4 同步檢測(cè)及移相觸發(fā)單元174.4.1 同步信號(hào)的檢測(cè)184.4.2 移相脈沖的形. 194.4.3 脈沖功率放大電路

10、194.4.4脈沖故障檢測(cè)單元204.5 其它硬件模塊225電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的軟件設(shè)計(jì)235.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器軟件總體設(shè)計(jì)思想235.2 主程序設(shè)計(jì)235.2.1 系統(tǒng)初始化?？?35.2.2 電量計(jì)算模塊245.2.3 控制調(diào)節(jié)模塊275.2.4限制保護(hù)模塊295.3 中斷程序設(shè)計(jì)315.3.1 同步信號(hào)捕獲中斷315.3.2 移相脈沖中斷335.3.3 AD轉(zhuǎn)換完成中斷375.4 軟件可靠性設(shè)計(jì)38結(jié)論39致 謝42參 考 文 獻(xiàn)43引 言1.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（power system stabilizer， PSS）是一種安裝在發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置上用于改善電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)

11、定性的附加勵(lì)磁控制裝置。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用，用于提高電力系統(tǒng)阻尼和解決低頻振蕩問(wèn)題，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。PSS抽取與此振蕩有關(guān)的信號(hào)，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號(hào)加到電力系統(tǒng)穩(wěn)定器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)發(fā)展到大電網(wǎng)、大機(jī)組、超高壓、高度自動(dòng)化的階段以及微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)的迅猛發(fā)展和日趨成熟，使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的研究和設(shè)計(jì)成為一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。我國(guó)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的研究和設(shè)

12、計(jì)比較早，80年代初就有一些電力科研單位和高校開始研制電力系統(tǒng)穩(wěn)定器48。第一臺(tái)投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的是南京自動(dòng)化研究所(現(xiàn)國(guó)電自動(dòng)化研究院)研制的適用于大中型發(fā)電機(jī)的WLT-1型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，WLT-1型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以8位單板機(jī)為核心，采用PID調(diào)節(jié)方式。福州大學(xué)于1990年研制出SMER-C型微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，采用8位8051單片機(jī)，具有多種調(diào)節(jié)、控制和限制功能，用于福建省內(nèi)的大部分中小型發(fā)電機(jī)組。中國(guó)電力科學(xué)研究院與南京自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的WKKL-1型微機(jī)雙自動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器選用16位工業(yè)控制機(jī)CCSDK-86，在控制規(guī)律上以PID調(diào)節(jié)為主，同時(shí)引入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）附加控制。

13、清華大學(xué)與哈爾濱電機(jī)廠合作，研制了全數(shù)字式電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，采用STD總線結(jié)構(gòu)或8098單片機(jī)結(jié)構(gòu)，控制規(guī)律采用PID調(diào)節(jié)方式、PSS附加控制、線性最優(yōu)勵(lì)磁控制（LOEC）和非線性勵(lì)磁控制（NEC），四種調(diào)節(jié)規(guī)律具備完善的保護(hù)、限制、報(bào)警功能。華中科技大學(xué)與東方電機(jī)股份公司和葛洲壩電廠能達(dá)通用電器有限公司合作，開發(fā)研制了線性最優(yōu)和自適應(yīng)最優(yōu)微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。經(jīng)過(guò)多年的努力，國(guó)內(nèi)的一些院校、研究所和公司在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)行方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的優(yōu)良性能在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中也日益顯示出來(lái)。國(guó)外的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器進(jìn)入實(shí)用也是在20世紀(jì)80年代，1989年7月日本東芝公司在

14、日本八戶發(fā)電所投運(yùn)了雙微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字式電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；1990年5月加拿大通用電器公司(CGE) 也開發(fā)出了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；1993年日本三菱公司投運(yùn)了MEC5000型系列微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。此外，奧地利ELIN公司、德國(guó)SIEMENS公司、英國(guó)的GEC公司等也都相繼生產(chǎn)出微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。這些大公司均具有很強(qiáng)的科研開發(fā)能力，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器所用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般以專用的高速可編程控制器為核心，采用自行研制的專用控制板組成，因而具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。其中，瑞士ABB公司的UNTROL- D型多微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在我國(guó)石洞口電廠、李家峽電廠等得到使用；三峽700MW機(jī)組的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器由德

15、國(guó)SIEMENS公司提供；加拿大CGE公司生產(chǎn)的SILCO雙通道型微機(jī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器安裝在我國(guó)隔河巖水電站的進(jìn)口機(jī)組上。這些電力系統(tǒng)穩(wěn)定器多采用PID+PSS控制，各種控制、限制功能較完善，裝置整體制造水平也較高。從整體上看，我國(guó)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的控制算法方面處于國(guó)際的先列，所開發(fā)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能也非常強(qiáng)大，但裝置所選用的元器件的可靠性以及生產(chǎn)制造工藝水平與國(guó)外相比還存在一定的差距。1.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器發(fā)展趨勢(shì)隨著我國(guó)三峽水電站的竣工和我國(guó)西部煤炭資源的利用和開發(fā)出現(xiàn)了西電東輸?shù)囊?，從減少大氣污染這個(gè)角度看也需要發(fā)電廠遠(yuǎn)離城市，這就造成了遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸電的局面，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS

16、）的發(fā)展和應(yīng)用顯得更為重要！電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）也將朝著更智能，硬件結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，互換性好，使用維護(hù)更簡(jiǎn)單易行的方向發(fā)展1.4 本課題研究意義電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題是電力系統(tǒng)的根本問(wèn)題。電力系統(tǒng)發(fā)展初期，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單松散，其靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題通常表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的非周期失步。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)，系統(tǒng)聯(lián)系因此變得越來(lái)越緊密，整個(gè)電力系統(tǒng)也變得越來(lái)越復(fù)雜。系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題由此常表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)組之間的功率動(dòng)態(tài)振蕩，特別是在互聯(lián)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線上，這種振蕩的表現(xiàn)更為突出。由于這種振蕩的頻率較低，一般在0.2-2.SHz之間，因此通常稱之為低頻振蕩。其振蕩時(shí)產(chǎn)生的能量通過(guò)機(jī)

17、電聯(lián)系來(lái)傳遞，因此又稱為機(jī)電振蕩，表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)電功率和功角的變化。低頻振蕩嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)解列或失去穩(wěn)定，是大型電力系統(tǒng)互聯(lián)引起的最重要的影響系統(tǒng)穩(wěn)定的問(wèn)題之一自20世紀(jì)70年代以來(lái)，美國(guó)、日本及西歐等電力系統(tǒng)在運(yùn)行中均發(fā)生輸電線路低頻功率振蕩的事故，振蕩嚴(yán)重時(shí)破壞互聯(lián)系統(tǒng)之間的并列運(yùn)行，造成聯(lián)絡(luò)線跳閘引發(fā)大面積停電。近十多年來(lái)，我國(guó)各大電網(wǎng)也相繼發(fā)生了聯(lián)絡(luò)線低頻振蕩的現(xiàn)象所以為了解決低頻振蕩給電力系統(tǒng)帶來(lái)的危害，研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是很有必要的。2 電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理2.1 電力系統(tǒng)低頻振蕩 由于電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，大型發(fā)電機(jī)普遍采用了由集成電路和可控硅組成的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，使自動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)

18、定器的時(shí)間常數(shù)從過(guò)去的幾秒縮短到幾十毫秒。快速勵(lì)磁系統(tǒng)(晶閘管直接勵(lì)磁或高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng))的廣泛采用，更使得勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)大為減小，從而降低了電力系統(tǒng)的阻尼。對(duì)聯(lián)系較弱的電網(wǎng)系統(tǒng)影響較大，使系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)弱阻尼、甚至是負(fù)阻尼。因此，許多電力系統(tǒng)出現(xiàn)了每分鐘幾個(gè)至幾十個(gè)周波的頻率很低的自發(fā)性系統(tǒng)振蕩。在這種情況下，當(dāng)振蕩嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞互聯(lián)系統(tǒng)之間的并列運(yùn)行，造成大面積停電，這種現(xiàn)象稱為低頻振蕩。在低頻振蕩研究領(lǐng)域世界各國(guó)的專家學(xué)者提出了一些不盡相同的低頻振蕩產(chǎn)生機(jī)理，主要的觀點(diǎn)有以下幾種23：（1）欠阻尼原理在對(duì)低頻振蕩的分析中，負(fù)阻尼機(jī)理相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較成熟的理論，得到學(xué)界的廣泛認(rèn)可20。負(fù)阻

19、尼機(jī)理是由學(xué)者F.Demello提出的，按照F.Demelfo的分析，勵(lì)磁系統(tǒng)是一個(gè)慣性系統(tǒng)，如果電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的放大倍數(shù)有所增加，就可能會(huì)造成對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子機(jī)械振蕩的特征根實(shí)部從小于零的負(fù)值漸漸上升。這樣的情況下，再加上電力系統(tǒng)穩(wěn)定器放大倍數(shù)過(guò)大的不利條件，特征根實(shí)部甚至有可能達(dá)到正值，進(jìn)而使得系統(tǒng)發(fā)生增幅振蕩。所以，也可將低頻振蕩的原因理解為勵(lì)磁系統(tǒng)放大倍數(shù)過(guò)大引起了負(fù)阻尼增大，甚至將系統(tǒng)原先固有的正阻尼抵消了，使系統(tǒng)呈現(xiàn)出負(fù)阻尼狀態(tài)或者阻尼極小。這樣的系統(tǒng)在擾動(dòng)出現(xiàn)的時(shí)候，就不能使擾動(dòng)很快平息，反而會(huì)出現(xiàn)引起系統(tǒng)振蕩的增幅振蕩。負(fù)阻尼機(jī)理是一種經(jīng)過(guò)多年的研究完善以及實(shí)踐檢驗(yàn)的機(jī)理，可說(shuō)是一種公

20、認(rèn)的理論。（2）發(fā)電機(jī)的電磁慣性引起的低頻振蕩文獻(xiàn)24指出由于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組具有電感，則由勵(lì)磁電壓在勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生的勵(lì)磁電流將是一個(gè)比它滯后的勵(lì)磁電流強(qiáng)迫分量，而這種滯后的控制在一定條件下將引起振蕩。這種電磁慣性引起的低頻振蕩的產(chǎn)生條件目前還無(wú)定論，這一方向正處在研究階段。（3）參數(shù)諧振電力系統(tǒng)受到外界周期性擾動(dòng)，當(dāng)擾動(dòng)頻率與系統(tǒng)的自然頻率存在某種特殊關(guān)系時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧振振蕩，當(dāng)其處于低頻區(qū)時(shí)表現(xiàn)為低頻振蕩。（4）非線性奇異現(xiàn)象(分歧現(xiàn)象)電力系統(tǒng)的分歧有靜態(tài)分歧和動(dòng)態(tài)分歧兩種情況，文獻(xiàn)14.15根據(jù)動(dòng)態(tài)分歧中的Hopf 分歧理論指出系統(tǒng)在臨界點(diǎn)附近發(fā)生亞臨界分歧的條件是臨界點(diǎn)處的曲率系數(shù)>

21、;0，從而系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為出現(xiàn)了奇異，即特征根仍在虛軸左側(cè)時(shí)系統(tǒng)就開始出現(xiàn)不穩(wěn)，出現(xiàn)了增幅性的低頻振蕩，此時(shí)穩(wěn)定域由于亞臨界分歧的出現(xiàn)而變小，不穩(wěn)定區(qū)域擴(kuò)到了左半平面；系統(tǒng)的穩(wěn)定域變小。(5) 混沌振蕩機(jī)理文獻(xiàn)25中指出，混沌現(xiàn)象是在完全確定的模型下產(chǎn)生的不確定現(xiàn)象，它是由非線性系統(tǒng)中各個(gè)參數(shù)相互作用而導(dǎo)致的一種非常復(fù)雜的現(xiàn)象，目前人們只是感性的認(rèn)識(shí)到混沌現(xiàn)象的一些典型特征。文獻(xiàn)26針對(duì)低頻振蕩的參數(shù)進(jìn)行分析得出了以下結(jié)論：(l)僅有阻尼而無(wú)周期性負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)混沌振蕩；(2)在周期性擾動(dòng)負(fù)荷的作用下，且當(dāng)擾動(dòng)負(fù)荷的值超過(guò)一定范圍時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)混沌振蕩；(3)在周期性負(fù)荷擾動(dòng)下，當(dāng)阻尼系

22、數(shù)接近某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生混沌振蕩。上面的幾種觀點(diǎn)都從某一方面揭示了低頻振蕩的發(fā)生機(jī)理，欠阻尼原理研究的最早也最成熟，這主要得益于線性系統(tǒng)理論的成熟，目前已經(jīng)形成了一套比較完整的理論體系，并在工程上得到實(shí)際應(yīng)用。諧振理論主要是在設(shè)計(jì)和制造時(shí)加以考慮分歧現(xiàn)象主要用于低階單變量系統(tǒng)，高階多變量非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定分析目前在理論上還沒有得到很好的解決，主要是通過(guò)數(shù)值分析來(lái)判斷?；煦缋碚撃壳斑€停留在做理論上的探討，在工程中目前難以應(yīng)用。2.2 電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型分析方法到目前為止，電力系統(tǒng)低頻振蕩的分析方法大致上可以分為兩大類：一類分析方法是在建立電力系統(tǒng)全階數(shù)學(xué)模型后，對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，即是基于理論的

23、研究方法；而第二類方法則是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，然后再對(duì)實(shí)際測(cè)量得到的信號(hào)進(jìn)行分析，即是基于實(shí)驗(yàn)的研究方法21。就這兩類方法來(lái)說(shuō)，第一類方法只有建立了電力系統(tǒng)的全階數(shù)學(xué)模型才能使用，而電力系統(tǒng)的全階數(shù)學(xué)模型往往不易建立，因此這類方法會(huì)受到一定限制?；陔娏ο到y(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析方法主要有以下幾種：(1）特征根分析法：特征根分析法也可稱為復(fù)頻域法，特征根分析法是指對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)方程的特征根進(jìn)行計(jì)算，并據(jù)此獲得電力系統(tǒng)的所有振蕩模式，然后對(duì)特征根靈敏度和特征向量進(jìn)行分析和計(jì)算，還能過(guò)得更多有關(guān)振蕩的信息。QR方法可以用于求解低維矩陣的特征值，也曾被用來(lái)求解電力系統(tǒng)的特征值，但是在目前階數(shù)常常達(dá)到上萬(wàn)的電

24、力系統(tǒng)狀態(tài)方程中己經(jīng)顯得不那么有用了，取而代之的研究熱點(diǎn)是降階方法。隱式重啟動(dòng)Amoldi算法也可以被用于計(jì)算大型電力系統(tǒng)機(jī)電模式特征值，隱式重啟動(dòng)Amoldi算法可以在大型電力系統(tǒng)中計(jì)算出特征值，且具有收斂迅速，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)24。(2) 時(shí)域仿真法：這種方法是將全系統(tǒng)模型通過(guò)各個(gè)元件的模型在系統(tǒng)中所表現(xiàn)出來(lái)的拓?fù)潢P(guān)系建立，再將系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值和系統(tǒng)的潮流解作為運(yùn)算的初始條件，解出系統(tǒng)狀態(tài)量以及代數(shù)量隨著時(shí)間變化的曲線，最后根據(jù)得出的曲線來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。時(shí)域仿真法分析的基礎(chǔ)是經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算得出的系統(tǒng)時(shí)域曲線，其優(yōu)勢(shì)在于不受系統(tǒng)規(guī)模限制，缺點(diǎn)在于由研究人員自己設(shè)定的擾動(dòng)未必能使研究工作獲得全部振蕩

25、模式。同時(shí)該方法消耗較多計(jì)算資源，但是獲得的必要信息量不大。(3) 頻域分析法：AESOPS方法在此類方法中極具代表性，AESOPS方法也屬于部分特征值法。它是通過(guò)迭代計(jì)算得到系統(tǒng)在機(jī)電模式下的特征根，但只計(jì)算部分能對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有重大影響的特征值。使用傳遞函數(shù)矩陣描述系統(tǒng)，通過(guò)代數(shù)方程代替微分方程描述輸入輸出關(guān)系。這樣得到的傳遞函數(shù)矩陣維數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于狀態(tài)矩陣維數(shù)，避免了。維數(shù)災(zāi)。(4) 正規(guī)形理論分析法：所謂正規(guī)形方法是指某種轉(zhuǎn)換非線性方程到線性形式的方法，該方法可以從一定程度上描述出系統(tǒng)特性：比如某狀態(tài)量與某些振蕩模式間的關(guān)系，而計(jì)及非線性，會(huì)發(fā)生什么變化等等。該方法可與特征根法結(jié)合使用。另一

26、類基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)低頻振蕩進(jìn)行分析的方法，其具體含義就是對(duì)實(shí)際測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到所研究問(wèn)題的物理特征，再根據(jù)這些特征提出理論假設(shè)，最后用實(shí)驗(yàn)對(duì)提出的理論假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)不過(guò)電力系統(tǒng)非常特殊，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該以不對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響為原則，因此在電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)配備許多設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)觀測(cè)。每當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)了異常情況，如擾動(dòng)等等，這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就會(huì)把擾動(dòng)情況和系統(tǒng)輸出情況等記錄下來(lái)，以備后來(lái)的研究所用。這些真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常寶貴，它們對(duì)我們檢驗(yàn)理論假說(shuō)提出理論假說(shuō)的研究工作十分重要?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)可以幫助研究人員確定系統(tǒng)的振蕩頻率和振蕩模式，有了這些分析結(jié)果，就能

27、進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)阻尼等問(wèn)題進(jìn)行定量分析。如果從實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)中再采樣各點(diǎn)特征，將不涉及系統(tǒng)的參數(shù)階數(shù)等問(wèn)題，并且這樣得出的分析結(jié)果具有如實(shí)反映系統(tǒng)狀態(tài)的特點(diǎn)。目前有很多數(shù)學(xué)方法用于對(duì)低頻振蕩特征進(jìn)行分析，例如實(shí)時(shí)快速傅里葉變換(FFT)算法，wiener一Hopt線性預(yù)測(cè)法，MatrixPeneil法等等27。在各種方法中，主要被使用的還是Prony方法。此方法以實(shí)驗(yàn)為研究基礎(chǔ)，又與理論結(jié)合進(jìn)行分析，是一種具有科學(xué)態(tài)度的有效方法，為低頻振蕩的研究提供了有力的工具。2.3 電力系統(tǒng)低頻振蕩分析模型圖2-1單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)圖2-1為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的示意圖，在研究同步發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)，一般將電磁轉(zhuǎn)矩分

28、解為兩個(gè)分量，即同步轉(zhuǎn)矩分量和阻尼轉(zhuǎn)矩分量。同步轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)角增量同相位，阻尼轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增量同相位。如果同步轉(zhuǎn)矩不足，將發(fā)生滑行失步；阻尼轉(zhuǎn)矩不足，將發(fā)生振蕩失步。低頻振蕩的研究涉及到同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。考慮有阻尼轉(zhuǎn)矩作用的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式，勵(lì)磁繞組的方程式以及自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的基本方程式，經(jīng)過(guò)對(duì)這些方程式線性化后可以得到用于研究低頻振蕩的同步發(fā)電機(jī)的完整模型，如圖2-2所示。圖中的上半部分為轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式的機(jī)械回路，下半部分為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及系統(tǒng)的電氣回路。機(jī)械回路轉(zhuǎn)矩增量T-Te作為輸入，轉(zhuǎn)矩角度增量作為輸出；M為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)，D為阻尼系數(shù)，0為同步轉(zhuǎn)速。電氣回路的輸入

29、為附加勵(lì)磁控制UE與機(jī)端電壓增量Ut，之差，而輸出為發(fā)電機(jī)內(nèi)部的暫態(tài)電勢(shì)增量Eq，該暫態(tài)電勢(shì)的增量乘以常數(shù)K2(即K2/Eq)變?yōu)殡姎廪D(zhuǎn)矩Te的一部分，Ut由K5占和K6Eq。兩個(gè)分量組成。傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)中TA和KA分別表示電力系統(tǒng)穩(wěn)定器和勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和總的放大倍數(shù).Td0和K3分別表示轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路的有效時(shí)間常數(shù)和放大倍數(shù)。圖2-2單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖圖2-1所示的同步發(fā)電機(jī)低頻振蕩模型寫成矩陣形式為(2-1)(2-2) ,= (2-3) (2-4)式(2-l)是在系統(tǒng)某一典型運(yùn)行點(diǎn)線性化后得到的，(2-2)和(2-4)式中的帶下標(biāo)0的標(biāo)量表示系統(tǒng)典型運(yùn)行點(diǎn)的數(shù)值，電力系統(tǒng)低頻振蕩

30、的原因用圖2-2的方框圖可以得到解釋。2.4 影響阻尼的因素及解決措施影響系統(tǒng)阻尼的因素很多，包括電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、負(fù)載情況、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)參數(shù)，都能影響到電力系統(tǒng)的阻尼。(l) 運(yùn)行方式的影響當(dāng)有功負(fù)荷較大，并且在電容性負(fù)荷情況下時(shí)，阻尼轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)阻尼，容易發(fā)生統(tǒng)低頻振蕩。另外，聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷增大，功角增大，阻尼減弱。所以低頻振蕩都在聯(lián)絡(luò)線功率較大時(shí)發(fā)生。一旦發(fā)生低頻振蕩，應(yīng)該首先限制聯(lián)絡(luò)線輸送的功率。如果發(fā)電機(jī)多送感性無(wú)功負(fù)荷，功角會(huì)減小，阻尼將增大，有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定。(2) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱對(duì)電力系統(tǒng)的阻尼有很大影響：當(dāng)電源與系統(tǒng)聯(lián)系較弱時(shí)，系統(tǒng)等值電抗x越大，功角石

31、越大，阻尼轉(zhuǎn)矩越小，嚴(yán)重時(shí)甚至成為負(fù)值，容易產(chǎn)生負(fù)阻尼和振蕩失步。加強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然可以防止弱阻尼，但需要增加聯(lián)絡(luò)線或加強(qiáng)系統(tǒng)電網(wǎng)聯(lián)系這樣會(huì)使投資費(fèi)用增大。而且隨著電力系統(tǒng)電網(wǎng)的不斷發(fā)展，原有弱聯(lián)系電網(wǎng)加強(qiáng)后，又可能變成新的弱聯(lián)系電網(wǎng)。(3) 勵(lì)磁機(jī)的影響當(dāng)較大時(shí)，K5為負(fù)，自動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器將提供負(fù)阻尼。當(dāng)勵(lì)磁機(jī)放大倍數(shù)KA在一定范圍內(nèi)增大時(shí)負(fù)阻尼將會(huì)增大。另外，勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)KA及轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)Td0越小，負(fù)阻尼越大。（4) 調(diào)速器的影響調(diào)速器對(duì)系統(tǒng)阻尼的影響一般沒有自動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器明顯。但是，當(dāng)采用快速的電液調(diào)速器時(shí)，對(duì)振蕩頻率較低的低頻振蕩會(huì)產(chǎn)生一定的影響。3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作原理

32、3.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩的原理電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是通過(guò)采用轉(zhuǎn)速偏差、頻率偏差、電功率偏差、加速功率偏差這幾個(gè)信號(hào)中的一個(gè)或者幾個(gè)信號(hào)作為自動(dòng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(AER)的附加輸入，使得系統(tǒng)中產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩，以提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，從而達(dá)到抑制低頻振蕩的目的。圖3-1 PSS控制框圖圖3-2 PSS控制向量圖電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用主要是假借加強(qiáng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的方法達(dá)到加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)振蕩的阻尼的效果，借此使電能傳輸?shù)姆€(wěn)定極限上升。如果系統(tǒng)對(duì)振蕩的阻尼太弱，那么系統(tǒng)的輸電能力在弱系統(tǒng)條件下就會(huì)被限制。所謂的弱系統(tǒng)條件就是指遠(yuǎn)距離發(fā)電廠需要經(jīng)長(zhǎng)距離線路送電或者是連接大區(qū)域的聯(lián)絡(luò)線相對(duì)較弱的系統(tǒng)條件。所

33、以，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的性能只能以其增加這種弱系統(tǒng)阻尼的能力來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖3-1，3-2為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的控制框圖和向量圖。勵(lì)磁系統(tǒng)為滯后單元，它由勵(lì)磁機(jī)遲后角只和發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)回路遲后角典組合而成，要是用GES(s)表示Pe/的傳遞函數(shù)，可從圖3-1得出16，17：（2-5）因?yàn)镚ES(s)的遲后作用，如果K5小于零，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩劫岔。就會(huì)位于第四象限，在軸上的投影為負(fù)，因此出現(xiàn)了使得系統(tǒng)阻尼為負(fù)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。倘若在勵(lì)磁系統(tǒng)的相加點(diǎn)輸入一個(gè)和同相位的信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正的、位于第一象限的，幾乎與同相位的電磁轉(zhuǎn)矩Mep，如圖2-4所示。Me與Mep相量相加得到總的電磁轉(zhuǎn)矩Me，Me位于第一象限，其在上

34、的投影變?yōu)檎?，這表明負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩得到了有效補(bǔ)償，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高。3.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入信號(hào)(1) 為輸入信號(hào)對(duì)于以為信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，應(yīng)該在發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)荷最重、電網(wǎng)聯(lián)系最強(qiáng)時(shí)設(shè)計(jì)PSS參數(shù)。但是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)弱聯(lián)系時(shí)，PSS提供的正阻尼作用反而減弱，而此時(shí)，電力系統(tǒng)正需要正阻尼，這一矛盾，需要采用別的控制信號(hào)或采用自適應(yīng)控制方法來(lái)解決。另外，由于噪聲以及發(fā)電機(jī)組本身扭動(dòng)振蕩頻率都很高，而以為輸入信號(hào)的PSS使用的是超前網(wǎng)絡(luò)，超前網(wǎng)絡(luò)在高頻時(shí)放大倍數(shù)會(huì)增大，所以，對(duì)發(fā)電機(jī)組軸扭動(dòng)振蕩極為敏感，使扭動(dòng)振蕩現(xiàn)象更為加重。因此必須采用窄頻帶的濾波器，以阻止扭振頻率信號(hào)經(jīng)PSS放大以后與

35、發(fā)電機(jī)發(fā)生諧振。 (2) Pe為輸入信號(hào)以發(fā)電機(jī)輸出電功率峨作為PSS輸入信號(hào)，檢測(cè)方便，所需的超前角度小，穩(wěn)定性好，己得到廣泛的采用，但是存在著反調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻功率振蕩時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電功率增加，PSS輸出負(fù)值會(huì)使勵(lì)磁電流減小，從而減小了發(fā)電機(jī)輸出電功率，發(fā)揮了阻尼振蕩的作用。但是，當(dāng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)使機(jī)械功率增加時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電功率也會(huì)增加，此時(shí)，PSS會(huì)使勵(lì)磁電流減小，這對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是不利的，這就是反調(diào)現(xiàn)象。以發(fā)電機(jī)輸出電功率為輸入信號(hào)的PSS對(duì)汽輪機(jī)和水輪機(jī)反調(diào)作用的影響是有差別的。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，由于機(jī)械功率變化速度較快，反調(diào)影響較大，需要在改變?cè)瓌?dòng)機(jī)功率時(shí)，瞬間閉鎖PSS

36、輸出信號(hào)。而對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)，由于機(jī)械功率變化速度較慢，反調(diào)現(xiàn)象影響不大。(3) 為輸入信號(hào)PSS的信號(hào)通常取自發(fā)電廠母線，由于在暫態(tài)過(guò)程中在系統(tǒng)各點(diǎn)的叮是不同的，在單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中，好的分母特性基本上與電壓沿線的分布是一致的，因此當(dāng)系統(tǒng)的聯(lián)系減弱時(shí)，以發(fā)電廠母線為信號(hào)的PSS對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角頻率的靈敏度反而增加，恰好補(bǔ)償了系統(tǒng)聯(lián)系減弱時(shí)傳遞函數(shù)增益的減小，因此以為信號(hào)的PSS在發(fā)電機(jī)負(fù)荷及系統(tǒng)聯(lián)系均在中等水平時(shí)調(diào)整，不必?fù)?dān)心在系統(tǒng)聯(lián)系增強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致增益過(guò)大。(4)加速功率(Pm-Pe)為輸入信號(hào)它具有電功率輸入信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，不存在反調(diào)現(xiàn)象問(wèn)題，但需要增加機(jī)械功率Pm為輸入信號(hào)。水輪發(fā)電機(jī)組可以取水門開

37、度作為機(jī)械功率的信號(hào)，汽輪發(fā)電機(jī)組可以取氣門開度為機(jī)械功率的信號(hào)。3.3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)以為輸入信號(hào)的PSS傳遞函數(shù)框圖如圖2-5，PSS一般由放大環(huán)節(jié)，復(fù)位環(huán)節(jié)，相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，限幅環(huán)節(jié)組成，其輸出作為勵(lì)磁附加信號(hào)。圖3-3 PSS傳遞函數(shù)框圖主要環(huán)節(jié)的作用如下：放大環(huán)節(jié)：確保T*e有足夠的幅值。復(fù)位環(huán)節(jié)：在過(guò)渡過(guò)程中使動(dòng)態(tài)信號(hào)順利通過(guò)，從而使PSS只在動(dòng)態(tài)中起作用。相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)：補(bǔ)償T´d0及TE引起的相位滯后，以便使附加力矩T*e和同相位。由13個(gè)超前環(huán)節(jié)組成，一個(gè)超前環(huán)節(jié)最多可校正300400。限幅環(huán)節(jié)：防止大干擾時(shí)PSS的輸出量對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓擾動(dòng)過(guò)大而對(duì)PSS的輸加

38、以限制。4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)圖電力系統(tǒng)穩(wěn)定器硬件是整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的關(guān)鍵，本論文的設(shè)計(jì)側(cè)重基于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的需求和發(fā)展趨勢(shì)，充分利用所選32位DSP芯片TMS320F2812豐富的外設(shè)資源，完成電力系統(tǒng)穩(wěn)定器各模塊的硬件設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器主要包括：模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入輸出單元、同步測(cè)頻單元、移相觸發(fā)單元、脈沖故障檢測(cè)單元等。其硬件總體結(jié)構(gòu)框圖8如圖4-1所示：圖4-1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)4.1.1 TMS320F2812 芯片介紹 德州儀器所生產(chǎn)的TMS320F2812 數(shù)字訊號(hào)處理器是針對(duì)數(shù)字控制所設(shè)計(jì)的DSP，整合了DSP 及微控制器的最佳

39、特性，主要使用在嵌入式控制應(yīng)用，如數(shù)字電機(jī)控制(digital motor control, DMC)、資料擷取及I/O 控制(data acquisition and control, DAQ)等領(lǐng)域。針對(duì)應(yīng)用最佳化，并有效縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，F(xiàn)28x 核心支持全新CCS環(huán)境的C compiler，提供C 語(yǔ)言中直接嵌入?yún)R編語(yǔ)言的程序開發(fā)介面，可在C 語(yǔ)言的環(huán)境中搭配匯編語(yǔ)言來(lái)撰寫程序。值得一提的是，F(xiàn)28x DSP 核心支持特殊的IQ-math 函式庫(kù)，系統(tǒng)開發(fā)人員可以使用便宜的定點(diǎn)數(shù)DSP 來(lái)發(fā)展所需的浮點(diǎn)運(yùn)算算法。F28x 系列DSP預(yù)計(jì)發(fā)展至400MHz，目前已發(fā)展至150MHz 的F

40、lash 型式。 4.1.2 TMS320F2812 引腳介紹TMS320F2812引腳詳細(xì)分析 XINTF信號(hào) XA0XA18 - 19位地址總線 XD0XD15 - 16位數(shù)據(jù)總線 XMP/MC - 1 - 微處理器模式 - XINCNF7有效 -0- 微計(jì)算機(jī)模式 - XINCNF7無(wú)效 XHOLD - 外部DMA保持請(qǐng)求信號(hào)。XHOLD為低電平時(shí)請(qǐng)求XINTF釋放外部總線，并把所有的總 線與選通端置為高阻態(tài)。當(dāng)對(duì)總線的操作完成且沒有即將對(duì)XINTF進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，XINTF釋放總線。此信號(hào)是異步輸入并與XTIMCLK同步XHOLDA-外部DMA保持確認(rèn)信號(hào)。當(dāng)XINTF響應(yīng)XHOLD的請(qǐng)求

41、時(shí)XHOLDA呈低電平，所有的XINTF 總線和選通端呈高阻態(tài)。XHOLD和XHOLDA信號(hào)同時(shí)發(fā)出。當(dāng)XHOLDA有效(低)時(shí)外部器件只能使用外部總線XZCS0AND1- XINTF區(qū)域O和區(qū)域1的片選，當(dāng)訪XINTF區(qū)域0或1時(shí)有效(低) XZCS2- XINTF區(qū)域2的片選，當(dāng)訪XINTF區(qū)域2時(shí)有效(低) XZCS6AND7- XINTF區(qū)域6和區(qū)域7的片選，當(dāng)訪XINTF區(qū)域6或7時(shí)有效(低)XWE-寫有效。有效時(shí)為低電平。寫選通信號(hào)是每個(gè)區(qū)域操作的基礎(chǔ)，由XTIMINGX寄存器的 前一周期、當(dāng)前周期和后一周期的值確定 XRD - 讀有效。低電平讀選通。讀選通信號(hào)是每個(gè)區(qū)域操作的基礎(chǔ)

42、，由xTIMINGX寄存器的前 一周期、當(dāng)前周期和后一周期的值確定。注意：XRD和XWE是互斥信號(hào) XR/W - 通常為高電平，當(dāng)為低電平時(shí)表示處于寫周期，當(dāng)為高電平時(shí)表示處于讀周期XREADY - 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備輸入，被置1表示外設(shè)已為訪問(wèn)做好準(zhǔn)備。XREADY可被設(shè)置為同步或異步 輸入。在同步模式中，XINTF接口塊在當(dāng)前周期結(jié)束之前的一個(gè)XTIMCLK時(shí)鐘周期內(nèi)要求XREADY有效。在異步模式中，在當(dāng)前的周期結(jié)束前XINTF接口塊以XTIMCLK的周期作為周期對(duì)XREADY采樣3次。以XTIMCLK頻率對(duì)XREADY的采樣與XCLKOUT的模式無(wú)關(guān) JTAG和其他信號(hào) X1/XCLKIN -

43、振蕩器輸入內(nèi)部振蕩器輸入，該引腳也可以用來(lái)提供外部時(shí)鐘。C28x能夠使 用一個(gè)外部時(shí)鐘源，條件是要在該引腳上提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電平，為了適應(yīng)1.8V內(nèi)核數(shù)字電源 (VDD)，而不是3.3V的I/O電源(VLDIO)?？梢允褂靡粋€(gè)嵌位二極管去嵌位時(shí)鐘信號(hào)，以保證它 的邏輯高電平不超過(guò)VDD(1.8V或1.9V)或者去使用一個(gè)1.8V的振蕩器X2 - 振蕩器輸出 TMS320F2812引腳詳細(xì)分析 XCLKOUT - 源于SYSCLKOUT的單個(gè)時(shí)鐘輸出，用來(lái)產(chǎn)生片內(nèi)和片外等待狀態(tài)，作為通用時(shí) 鐘源。XCLKOUT與SYSCLKOUT的頻率或者相等，或是它的1/2，或是l/4。復(fù)位時(shí)XCLKOUT S

44、YSCLKOUT/4TESTSEL - 測(cè)試引腳，為TI保留，必須接地 TEST1 - 測(cè)試引腳，為TI保留，必須懸空 TEST2 - 測(cè)試引腳，為TI保留，必須懸空TMS - JTAG測(cè)試模式選擇端，有內(nèi)部上拉功能，在TCK的上升沿TAP控制器計(jì)數(shù)一系列的控 制輸入 TDI - 帶上拉功能的JTAG測(cè)試數(shù)據(jù)輸入端，在TCK的上升沿，TDI被鎖存到選擇寄存器、指 令寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中 TDO - JTAG掃描輸出，測(cè)試數(shù)據(jù)輸出。在TCK的下降沿將選擇寄存器的內(nèi)容從TDO移出 TCK - JTAG測(cè)試時(shí)鐘，帶有內(nèi)部上拉功能 TRST - 有內(nèi)部上拉的JTAG測(cè)試復(fù)位。當(dāng)它為高電平時(shí)掃描系統(tǒng)控制

45、器件的操作。若信號(hào)懸 空或?yàn)榈碗娖?，器件以功能模式操作，測(cè)試復(fù)位信號(hào)被忽略注意：TRST上不要用上拉電阻。它內(nèi)部有上拉部件。在強(qiáng)噪聲的環(huán)境中需要使習(xí)附加上 拉電阻，此電阻值根據(jù)調(diào)試器設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)能力而定。一般取22K即能提供足夠的保護(hù)。因?yàn)橛辛诉@種應(yīng)用特性，所以使得調(diào)試器和應(yīng)用目際板都有合適且有效的操作 EMU0 - 帶上拉功能的仿真器I/O口引腳0，當(dāng)TGST為高電平時(shí)，此引腳用作中斷輸入。該中 斷來(lái)自仿真系統(tǒng)，并通過(guò)JTAG掃描定義為輸入/輸出 EMU1 - 仿真器引腳1，當(dāng)TGST為高電平時(shí)，此引腳輸出無(wú)效，用作中斷輸入。該中斷來(lái)自 仿真系統(tǒng)的輸入，通過(guò)JTAG掃描定義為輸入/輸出 XRS

46、 - 器件復(fù)位(輸入)及看門狗復(fù)位(輸出)。器件復(fù)位，XRS使器件終止運(yùn)行，PC指向地址0x3FFFCO。當(dāng)XRS為高電平 時(shí)，程序從PC所指出的位置開始運(yùn)行。當(dāng)看門狗產(chǎn)生復(fù)位時(shí),DSP將該引腳驅(qū)動(dòng)為低電平，在看門向復(fù)位期間，低電平將持續(xù) 512個(gè)XCLKIN周期。該引腳的輸出緩沖器是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉(典型值100mA)的開漏緩沖器， 推薦該引腳應(yīng)該由一個(gè)開漏設(shè)備去驅(qū)動(dòng) 4.2 模擬量輸入通道TMS320F2812的ADC模塊只能轉(zhuǎn)換03V的模擬信號(hào)，模擬量輸入通道的作用就是要將模擬量轉(zhuǎn)換成TMS320F2812所能接收的數(shù)字信號(hào)。本文所設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器所要輸入的模擬信號(hào)包括：發(fā)電機(jī)機(jī)端電

47、壓、機(jī)端電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、電網(wǎng)電壓等。4.2.1 交流信號(hào)采集調(diào)理電路發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、電流信號(hào)分別取自發(fā)電機(jī)端的電壓互感器和電流互感器。電壓互感器的輸出為0100V，電流互感器的輸出為05A，由于電壓太高，電流太大，而TMS320F2812的AD輸入信號(hào)的范圍要求為03V，所以需要添加交流信號(hào)的調(diào)理電路以滿足AD的要求1113。在自動(dòng)控制設(shè)備中，常采用電量變送器6對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行測(cè)量。電量變送器是一種把某種形式的電量變換成與之成線性關(guān)系的直流信號(hào)的裝置，它的輸出通常為05V或420mA的直流信號(hào)。電量變送器接線簡(jiǎn)單、安裝方便，通常這些電量變送器為保證變送電量的精度，會(huì)采取很多措施，如

48、在變送器中加入了整流、濾波、補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)，但是這樣做使得整個(gè)裝置的時(shí)間常數(shù)變大，對(duì)于需要快速響應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常不利的。電量變送器一般只能反映被測(cè)量的單一信息(如有效值)，丟失了很多有用的信息，不能用于需要采集交流信號(hào)瞬時(shí)值的控制系統(tǒng)。針對(duì)電量變送器的這些缺點(diǎn)，本文采用由運(yùn)算放大器組成的電平抬升電路作為模擬量輸入信號(hào)的調(diào)理電路，其電路原理圖如圖4-2、4-3所示：圖4-2 電壓輸入調(diào)理電路圖4-3 電流輸入調(diào)理電路如圖4-2,4-3所示，第一級(jí)采用射級(jí)跟隨方式提高電路的輸入阻抗，第二級(jí)為反相器，通過(guò)可調(diào)電位器調(diào)節(jié)其放大倍數(shù)，第三級(jí)電路為對(duì)第二級(jí)的信號(hào)和1.5V電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反相求和，將輸出信號(hào)

49、調(diào)解到03V4.2.2直流信號(hào)采集調(diào)理電路測(cè)量直流信號(hào)有多種方案，如采用隔離放大器、霍爾傳感器等，本文采用隔離放大器進(jìn)行測(cè)量。在勵(lì)磁電路里，交流信號(hào)可以通過(guò)電壓互感器將主回路與控制器電路隔離開來(lái)，而直流信號(hào)勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓不能通過(guò)互感器，直流信號(hào)一般采取線性光耦或直流變送器來(lái)進(jìn)行隔離。本文勵(lì)磁電流采用線性隔離放大器SLC8000進(jìn)行隔離,其隔離放大原理如圖4-4所示：圖4-4 隔離放大電路原理圖首先勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)分流器調(diào)整為075mV，再通過(guò)上圖所示的隔離放大電路將其調(diào)整為03V的電壓信號(hào)接入TMS320F2812的ADCIN取引腳。勵(lì)磁電壓則通過(guò)變送器將其變換為05V的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)電阻

50、分壓將其調(diào)整到03V接入ADCIN引腳。4.2.3 ADC采樣模塊發(fā)電機(jī)端電壓/電流經(jīng)調(diào)理電路后變?yōu)榉逯禐?3V的信號(hào)，接入TMS320F2812的AD通道。F2812的ADC模塊有16個(gè)通道，可配置為2個(gè)獨(dú)立的8通道模塊，分別服務(wù)于事件管理器A和B，兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊也可以級(jí)聯(lián)構(gòu)成一個(gè)16通道模塊。TMS320F2812芯片的ADC模塊的功能框圖如圖4-5所示：圖4-5 ADC模塊的功能框圖ADC模塊有兩種排序模式：?jiǎn)闻判蚱髂Ｊ剑?jí)聯(lián)構(gòu)成16狀態(tài)）和雙排序器模式（兩個(gè)相互獨(dú)立的8狀態(tài)）。在這兩種模式下，ADC都可以自動(dòng)的進(jìn)行一系列轉(zhuǎn)換操作。每次當(dāng)ADC收到一個(gè)開始轉(zhuǎn)換請(qǐng)求，可以自動(dòng)地完成多

51、個(gè)轉(zhuǎn)換。對(duì)于每個(gè)轉(zhuǎn)換，都可以通過(guò)模擬復(fù)用器選擇16個(gè)輸入通道中的任一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，數(shù)字結(jié)果將保存到相應(yīng)的結(jié)果寄存器中。用戶也可以對(duì)同一通道進(jìn)行多次采樣，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)采樣算法，這樣得到的采樣結(jié)果比一般的采樣結(jié)果分辨率要高6 10。ADC的工作模式有兩種：同步采樣模式和順序采樣模式。ADC可以同時(shí)采樣保持兩個(gè)ADC輸入引腳的能力，再分別對(duì)采樣保持器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可以同時(shí)采集到同一相電壓和電流的瞬時(shí)值。在采用同時(shí)采樣模式時(shí)應(yīng)保證一個(gè)引腳取自ADCINA0ADCINA7，另一個(gè)引腳取自ADCINB0ADCINB7，同時(shí)這兩個(gè)輸入要有同樣的采樣保持偏移，也要注意轉(zhuǎn)換結(jié)果在結(jié)果寄存器中的次序。

52、4.3 開關(guān)量輸入輸出單元電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的開關(guān)量輸入/輸出主要包括：（1）輸入信號(hào)：開/停機(jī)信號(hào)、增/減磁信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)、滅磁開關(guān)合閘信號(hào)等。（2）輸出信號(hào)：勵(lì)磁故障、勵(lì)磁事故、PT斷線信號(hào)等。開關(guān)量輸入輸出通道的主要任務(wù)就是讓TMS320F2812能夠獲取現(xiàn)場(chǎng)的各種開關(guān)狀態(tài)，以便進(jìn)行分析判斷，并輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)去控制指示燈、繼電器及發(fā)出報(bào)警等。4.3.1 開關(guān)量輸入通道本論文中所設(shè)計(jì)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的開關(guān)量輸入通道電路原理如圖4-6所示：圖4-6 開關(guān)量輸入電路這個(gè)開關(guān)量輸入通道由總線收發(fā)器、光電隔離電路和數(shù)據(jù)緩沖組成。本文中的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用了總線收發(fā)送器74LV245作為TMS

53、320F2812的開關(guān)量輸入擴(kuò)展，每一路開關(guān)量經(jīng)光電耦合器隔離后與總線收發(fā)送器的B端的一個(gè)引腳相連。圖4-6所示的是其中一路開關(guān)量輸入。總線收發(fā)送器74LV245的B端口接于TMS320F2812的數(shù)據(jù)總線上，A端口接于光電耦合器的輸出端。由于總線收發(fā)送器74LV245具有雙向傳送數(shù)據(jù)的功能，其傳送方向由DIR端控制，而在開關(guān)量輸入通道中信號(hào)只需要單方向傳送，因此在開關(guān)量輸入通道中，總線收發(fā)送器的DIR端接電源，令總線收發(fā)送器的數(shù)據(jù)傳送方向?yàn)锳到B。總線收發(fā)送器的使能端G由外部擴(kuò)展區(qū)片選信號(hào)和地址線經(jīng)地址譯碼器譯碼后得到的CS_Kin控制信號(hào)選通。根據(jù)控制電路的地址分配電力系統(tǒng)穩(wěn)定器開關(guān)量輸入

54、、輸出通道，開關(guān)量輸入通道地址存儲(chǔ)單元的16位有效數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)16位開關(guān)量，TMS320F2812以訪問(wèn)外部I/O的方式從該地址單元讀取相關(guān)的開關(guān)量狀態(tài)，以便進(jìn)行判斷處理。整個(gè)開關(guān)量輸入通道工作原理是：正常工作條件下，當(dāng)接在光電耦合器輸入端限流電阻外側(cè)的開關(guān)量為低電平時(shí)，光電耦合器的輸入端的發(fā)光二極管未承受正向電壓，故不發(fā)光，從而導(dǎo)致其輸出端的光電三極管不導(dǎo)通。這時(shí)在上拉電阻的作用下，總線收發(fā)送器的A端引腳呈現(xiàn)為高電平，該電平狀態(tài)經(jīng)TMS320F2812讀取后存入相應(yīng)開關(guān)量狀態(tài)變量。同理，當(dāng)接在光電耦合器輸入端限流電阻外側(cè)的開關(guān)量為高電平時(shí)，光電耦合器輸出端的光電三極管就會(huì)導(dǎo)通，由于光電三極管飽和

55、導(dǎo)通時(shí)，其ce間的電壓很小，這時(shí)總線收發(fā)送器的A端引腳相當(dāng)于接地，即為低電平，然后F2812控制器就接受外部的命令。4.3.2開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出通道電路原理如圖4-7所示：圖4-7 開關(guān)量輸出電路開關(guān)量輸出通道同樣也采用了總線收發(fā)送器74LV245作為TMS320F2812的開關(guān)量輸出擴(kuò)展。圖3-7中只給出了控制一路指示燈和控制一路繼電器的情況。總線收發(fā)送器的B端口接于數(shù)據(jù)總線上，A端口接于光電耦合器的輸入端，總線收發(fā)送器的DIR端接+5V電源，其數(shù)據(jù)傳送方向?yàn)閺腁到B。開關(guān)量輸出通道中的總線收發(fā)送器的使能端G也由地址線及CS_Kout信號(hào)來(lái)控制。與開關(guān)量輸入通道相比，開關(guān)量輸出通道中多

56、了一個(gè)74AHC373鎖存器，用于鎖存由TMS320F2812發(fā)出的數(shù)字開關(guān)量信號(hào)。當(dāng)TMS320F812通過(guò)OUT或IN指令訪問(wèn)開關(guān)量輸入輸出通道時(shí)，IS控制線由高變低，與此同時(shí)地址線也變成與OUT或IN指令中的I/O空間地址相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，經(jīng)地址譯碼器譯碼后，選通與I/O地址相對(duì)應(yīng)的總路收發(fā)送器。對(duì)于開關(guān)量輸入通道來(lái)說(shuō)，當(dāng)其總線收發(fā)送器被選通后，來(lái)自光電耦合器的開關(guān)量輸入信號(hào)將通過(guò)總線收發(fā)送器被送到數(shù)據(jù)總線上，并在IN指令的作用下被保存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元。而對(duì)于開關(guān)量輸出通道來(lái)說(shuō)，當(dāng)其總線收發(fā)送器被選通后，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)通過(guò)總線收發(fā)送器被送到74AHC373鎖存器的輸入端，并在74AHC373的時(shí)鐘信號(hào)下降沿到來(lái)時(shí)，鎖存由OUT指令送出的數(shù)據(jù)，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指示燈和繼電器。4.4 同步檢測(cè)及移相觸發(fā)單元在勵(lì)磁系統(tǒng)中，移相觸發(fā)單元的任務(wù)是產(chǎn)生可以改變相位的脈沖，用來(lái)觸發(fā)整流橋中的晶閘管，使觸發(fā)脈沖的相位及控制角隨控制電壓的大小而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁的目的。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的移相觸發(fā)單元的組成一般包括同