基于DSP的矿用静止无功发生器的研究与实现

发布时间：2020-01-28 15:13

【摘要】：近年来,随着煤矿企业的发展壮大,矿井的安全以及效率问题越来越引起人们的重视。由于三相异步电动机等无功负荷的存在,煤矿井下供电系统的功率因数长期运行在0.4～0.7之间,电压损失大,电能损耗严重,并影响设备的正常启动,从而降低了供电质量。事实上,矿井供电系统的合理运行在很大程度上决定了煤矿供电系统运行的安全性、经济性和可靠性。针对以上问题,本文研制了一套用于煤矿井下供电系统的静止无功发生器(SVG),采用无功补偿技术提高系统的功率因数和电压稳定性,对于煤矿企业节能减耗、保证安全生产具有十分重要的意义。本文主要的研究内容如下：在分析国内外发展现状和查阅相关参考文献的基础上,研究了无功补偿装置的补偿原理,结合煤矿井下供电系统及用电负荷的实际情况,阐述井下无功补偿的必要性,分析比较了SVG的各种优点并说明了其应用于矿井供电系统的合理性和优越性。介绍了SVG的常见主电路结构,通过分析SVG主电路的工作相量图,阐明了SVG的工作原理。建立了SVG数学模型,推导了其在三相静止坐标系(a,b,c)和两相旋转坐标系(d,q)的数学表示,分析了两种不同坐标系下数学模型的特点。在数学模型的建立过程中,论述了坐标变换的原理,明确了坐标变换的实现过程。根据所设定的补偿容量和电压等级并结合工程实际,选取了主电路的参数。在介绍三相电路瞬时无功功率理论和传统无功电流检测方法的基础上,采用ip-iq法进行无功电流的检测,在该方法的实现过程中对αβ-dq坐标变换矩阵进行了创新性的改造。分析了SVG的间接电流控制法和直接电流控制法,重点介绍了直接电流控制中的固定开关频率PWM控制和滞环PWM控制,并比较了它们的优缺点以及不同的应用场合。针对旋转坐标系下有功电流ip和无功电流iq的耦合问题,采取了前馈解耦的方法实现了各自的独立控制。研究了空间矢量SVPWM调制技术的原理及实现法则,最后制定了本系统的控制策略即基于固定开关频率的跟踪指令电压SVPWM直接电流控制。设计了SVG装置的硬件电路,基于DSP-TMS320LF2407A,形成了整个硬件系统。主要包括信号检测调理电路、控制器最小系统电路、功率器件驱动电路和系统保护电路等。选取了各电路的参数,在所设计电路原理的基础上,完成了PCB电路板的绘制工作。基于DSP软件开发环境CCS3.1,开发了SVG装置的软件程序。主要包括DSP初始化配置程序、数据发送主程序、保护子程序、电网频率计算子程序、交流电压幅值计算子程序、PI调节子程序和SVPWM脉冲生成子程序等。采用触摸屏实时显示系统数据,设计了人机界面的画面结构,编写了DSP和触摸屏的通讯程序,实现了操作人员和控制系统之间的信息交换。根据软硬件设计方案,搭建了SVG装置的实验平台。完成了SVG装置硬件系统和软件系统各部分的调试工作,并解决了调试过程中出现的问题。实验结果表明,硬件电路稳定可靠、功能完善,软件程序结构合理、执行速度块,为系统的进一步完善和优化奠定了基础。
【图文】：

曲线,采样值,实际值,直流电压

就可以得到实际的直流侧电压值，这就是直流侧电压的拟合。调节直流侧的实际电压值，并读取程序中对应的采样值，就可以得到如图5-8所示的懫样值与实际值的线性关系。从图中可以看到，各点都分布在拟合的直线上，效果比较理想。在程序中，将直流侧电压采样值通过拟合公式进行计算，就可以得到实际的直60

曲线,相负载,样值,实际值

Fig.5-8 Relation curve of between DC voltage sampling value and actual value2、负载电流的AD采样程序负载电流是交流电流，交流电也可以用拟合的方式来确定采样值和实际值的只不过交流侧的电流瞬时值是变化的，，所以采样的时候要采集实际电流的最读取CCS中对应的最大值，通过最大值之间的对应关系来拟合各个瞬时值的采样值的曲线。a相负载电流的拟合曲线如图5-9所示。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM761.12

【参考文献】