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(多图) 基于SIMATIC-TDC全数字SVC控制系统及其应用

来源:控制工程网?? 2007年12月13日 ?? 收藏0

  1引言

  全社会日益增长的用电需求和电网输配电能力的矛盾越来越突出。另外,随着现代工业的发展,在配电网中,一方面,多种干扰工业负荷,由于其非线性、冲击性和不平衡的用电特性,使供电网的电压波形发生畸变,引起电压的波动、闪变以及三相不平衡,甚至引起系统频率的波动,对电网的电能质量构成了严重的威胁;另一方面,配电网中的许多用电设备,例如计算机、医用设备以及其它精密电子设备对供电系统的干扰更加敏感,对电能质量提出了高可靠性、高暂态恒定性、高可控性的要求。目前,大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置都具有抑止电压波动与闪变的功能[1][2],利用晶闸管技术的静止无功补偿装置(SVC)可以就地提供动态无功补偿,是解决这些问题的经济有效的措施。

  TCR+FC型SVC是SVC装置最主要的型式,它的基本构成包括:阀组、冷却系统、相控电抗器、控制系统、滤波器组。其中控制系统是SVC装置的核心,SVC补偿功能的实现、安全稳定的运行、与其它设备的协调以及人机交互都是靠控制系统来实现的。SVC控制系统在出现的初期就基本进入了数字化时代。但是由于电信号的瞬时值是交流信号,控制系统的计算任务非常繁重

,早期的 微型计算机,甚至后来的16位和32位微处理器(MPU),都无法满足高速实时运算的要求,因此早期的SVC控制系统基本采用了"模拟+数字"的方法,其主要思路是利用模拟电路实现无功功率和有功功率的计算和滤波处理,再将结果输入数字计算机作进一步的处理[3][4],模拟电路+单片机是其中一种很典型的实现方案,至今在工程中仍有一定的应用。

  SVC控制策略的实现受微处理器运算性能的影响非常大,模拟和数字相结合的实现方案也限制了更先进的控制策略的实现,所以模拟和数字结合的SVC硬件平台上实现控制策略基本上是以平均功率理论为基础的控制策略。这样的硬件平台基本上无法实现以矩阵运算(坐标变换)为基础的瞬时补偿算法。

  为提高SVC控制系统的性能和可靠性,在浙江大学、清华大学和SIEMENS A&D的支持下,顺特电气有限公司基于SIMATIC-TDC/SIMADYN-D的基础上率先研发出了适用于恶劣工业环境下的高性能、高可靠性的SVC控制系统,并在实际工程中得到了成功的应用。

  2 SVC控制系统构成

  SIMATIC-TDC控制器是SIEMENS公司近年来在SIMADYN-D的基础上推出的新一代工业控制系统,目前,该控制系统已在大容量交-直流传动得到了一定的应用,已成为SIEMENS公司在工业控制领域实现大型系统实时控制的主推产品。与SIMADYN-D类似,SIMATIC-TDC控制系统采用多CPU并行处理结构,它的信号处理和算术运算能力十分强大,处理器模板采用了64位RISC处理器,基本采样时间达到了μs级。SIMATIC-TDC采用了自由组态、模块化的设计思想,使得系统的结构便于扩展。系统可以快速实现闭环和开环控制,算术运算以及系统监视和信号通信等功能。SIMATIC-TDC拥有一套完整的模块化的硬件和软件设计思想模式,能够保证硬件可以广泛地满足各种系统的设计要求。每个系统独立的插件板可以直接插入独立的控制单元。SIMATIC-TDC尤其适用于相关联的大动力及高精度的控制系统,适合于不同的交流、直流调速系统以及电力系统的控制和保护系统。

  与SIMADYN-D比较起来,SIMATIC-TDC的性能更加卓越。与SIMADYN-D最大的区别是,SIMATIC-TDC采用了符合VMEbus标准的64位总线,总线速度大幅度提高,因此不再有L-bus和C-Bus的区别。SIMATIC-TDC系统采用STEP/CFC组态语言,计算机用户界面十分的友好,易于操作和掌握,适合于从简单到复杂的控制系统的要求。简单任务可以组态在一个功能包中,较复杂的任务则由几个功能包共同来完成。对于复杂的功能,是由几个过程处理器组合在一个SIMATIC-TDC控制单元中来完成。更高级的系统可由几个SIMATIC-TDC控制单元组合在一起,通过通讯线连接交换数据而达到设计要求。

  SIMATIC-TDC采用的是实时操作系统(固定时隙25μs),采样速度很快(最短100μs),其中A/D采样转换时间约为20μs,D/A转换输出时间为4μs,D/I和D/O延时时间均为100μs,测试证明完全满足在0.5ms内完成从采集、计算到控制信号输出的要求。强大的循环处理,高达5种采样时间(T1~T5),能够进行处理周期性中断(T0)和非周期性中断(I1~I8八级中断)任务。基于基本采样时间T0,可以定义5种采样时间的周期中断任务(T1~T5)以处理不同实时性要求的任务,其中T1~T5与T0的关系是:

  Ti = T0 * 2j

  式中:1≤i≤5,0≤j≤15。


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SIMATIC-TDC? SVC? 控制系统?

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