[发明专利]磁控电抗器控制器及其方法

权利要求书

1.一种磁控电抗器控制器，它包括控制器模块(5)，所述控制器模块(5)为DSP+ARM架构，所述DSP与ARM通过双口RAM连接，控制器模块(5)与模拟量模块(1)和电信号输出单元(3)分别连接；所述模拟量模块(1)包括AD芯片，所述AD芯片与外部电网上设有的电压采集装置连接，所述控制器模块(5)还与上位机(2)通讯，所述控制器模块(5)、电信号输出单元(3)分别与电源处理模块(6)连接；所述电信号输出单元(1)与磁控电抗器中的脉冲变压器连接。

2.如权利要求1所述的磁控电抗器控制器，其特征是，所述DSP和ARM分别与电源处理模块(6)连接；所述模拟量模块(1)包括AD芯片，所述DSP输入端与AD芯片连接，DSP输出端与电信号输出单元(3)连接，所述DSP还与时钟芯片(7)和非易失性存储器(8)连接，所述控制器模块(5)中的ARM与上位机(2)通过串行或网口通讯。

3.如权利要求1所述的磁控电抗器控制器，其特征是，所述DSP与状态指示灯(4)连接。

4.如权利要求1所述的磁控电抗器控制器，其特征是，所述电压采集装置为电压互感器，所述AD芯片还与外部电网上设有的电流互感器连接。

5.如权利要求1所述的磁控电抗器控制器，其特征是，所述电信号输出单元(1)包括绝缘胶木板，在绝缘胶木板设有接线柱，所述接线柱一端与DSP输出引脚连接，另一端通过双绞线或屏蔽线与磁控电抗器中的脉冲变压器连接。

6.如权利要求1所述的磁控电抗器控制器，其特征是，所述DSP芯片为TMS320F28335；DSP处理器还连接JTAG芯片内部测试接口；所述ARM芯片S3C2410A。

7.一种如权利要求1所述的磁控电抗器控制器控制方法，其特征是，它包括如下步骤

1)DSP通过电网的电压传感器、电流传感器进行交流采样得到当前系统状态；所述电压传感器、电流传感器对电网线路进行线电压和线电流采集，所述交流采样中DSP中采用比较式数字滤波器和积分式数字滤波器两种数字滤波器串联联合滤波方式；随后对滤波后的线电压和线电流的进行数字锁相倍频采样，通过AD转换中断服务程序对电网的线电压有效值、线电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数各状态量进行计算；

2)通过与ARM连接的触摸屏操作选择电压调整或功率因数调整两种控制模式之一；采集的线电压或线电流正弦信号通过过零比较得到同步信号，将过零点同步信号作为移相基准；DSP计算出当前时刻每相应该输出的移相角；所述控制程序包括基于DSP的闭环控制算法；

3)DSP根据计算的移相角度结合移相基准，以及要控制的磁阀式可控电抗器具体为单相或三相，相应生成单相或三相触发信号触发信号，利用电信号脉冲驱动其中的脉冲变压器控制磁阀式可控电抗器，脉冲变压器发出脉冲串保障磁阀式可控电抗器MCR上相应的晶闸管可靠的激发；

所述数字锁相倍频采样包括：

I)、DSP有捕获模块CAP获取当前信号频率，根据需要控制的磁阀式可控电抗器具体为单相或三相对捕获模块CAP进行取舍使用；所述电力系统频率为所测线电压的两次正向过零点的时间差的倒数；任意一相线电压的同步信号输入到CAP1输入口上，通过软件配置，CAP1的硬件捕捉相邻两次跳变的时间，即周期T；从而频率求为：f＝1/T，将其作为基波的电网线电压信号频率；通过线电压信号频率，同一相的线电流频率同时得到；

Ii)、将采样频率设定为采集到的作为基波的电网线电压或线电流信号频率的128倍，需要分析的最高次谐波为32次，因此低通滤波器的截至频率选为50×32＝3.2kHz，滤去32次以上的高次谐波，有效地防止采样混叠现象；

Iii)、所述数字锁相倍频是由DSP编程实现，因为数字电路能够实现精确同步输出，所以省略反馈环节，采用开环设计原理；此数字锁相倍频也称之为同相倍频；

当同步倍频信号输入到AD模块的ADSOC控制口上；通过软件设置，使同步倍频信号每一次上升沿触发一次AD转换，当AD转换结束后自动触发AD中断服务程序；中断服务程序中存储每一次采样的结果，然后每128次采样结束后进行一次交流采样计算，按各物理量的离散计算公式，计算出电网的线电压、线电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数值，通过双口RAM与ARM实现数据共享，作为控制和显示的输入量；

所述闭环控制算法：控制器采取了两种控制策略：用户根据实际情况，通过触摸屏操作选择不同的控制模式；电压调整控制模式和功率因数调整控制模式；电压调整控制模式以电网电压为控制量，通过提供不同的无功电流，将电网的电压稳定在给定的工作电压点上；功率因数调整控制模式以电网的功率因数为控制量，通过提供不同的无功电流，将电网的功率因数稳定在设定的功率因数点上；根据控制原理，若以电压为控制目标，给定电压调节目标值，引入电压负反馈；通过检测到的电网电压U和给定参考电压U_ref进行比较，其偏差输入到PI调节环节，PI调节器计算出输出的移相控制角，通过触发电路控制MCR的无功功率输出大小，改变电网电压；

同样，若要以功率因数调整控制模式，给定功率因数调节目标值，引入电压和电流反馈，计算出电网功率因数作为负反馈；通过检测到的电网电压u和电网电流i，然后计算出功率因数角和给定参考电压进行比较，其偏差输入到PI调节环节；PI调节器计算出应该输出的移相控制角，通过触发电路控制MCR的无功功率输出大小，改变电网功率因数；

两种算法离散化后在DSP上实现；PI调节器的时间常数与MCR本身的响应时间常数相适应；

采集的线电压或线电流正弦信号通过过零比较得到同步信号，将过零点同步信号作为移相基准，DSP计算出当前时刻每相应该输出的移相角度，DSP根据收到的移相角度和移相基准，产生触发信号，为了可靠触发晶闸管，针对脉冲变压器采用对触发脉冲进行软件同相载波细分成多个脉冲串的方法触发。