【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(P mPe)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)。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的傳遞函數(shù)以 Δω 為輸入信號(hào)的 PSS 傳遞函數(shù)框圖如圖 25，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 33 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 ΔT *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 T180。d0及 TE引起的相位滯后，以便使附加力矩 ΔT *e和Δω 同相位。由 1～3 個(gè)超前環(huán)節(jié)組成，一個(gè)超前環(huán)節(jié)最多可校正 300～40 0。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14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的輸加以限制。4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu) 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 41所示：1 2 3 4 4P W M 1 ~ P W M 6X A 1 5 ~ X A 1 8X D 0 ~ X D 7X W EC A P 4 ~ C A P 6G P I O A 1 1 ~G P I O A 1 4A D C I NG P I O A 6G P I O A 7G P I O B 0 ~ G P I O B 7G P I O B 1 1 ~ G P I O B 1 5G P I O A 8 ~ G P I O A 1 0S C I T X D BS C I R X D BG P I O F 0 ~ G P I O F 1 4T M S 3 2 0 F 2 8 1 2脈 沖 功 率放 大 電 路六路觸發(fā)脈沖輸出同 步 信 號(hào)檢 測(cè) 電 路A 相 電 壓B 相 電 壓C 相 電 壓直 流 信 號(hào)調(diào) 理 電 路交 流 信 號(hào)調(diào) 理 電 路開 關(guān) 量輸 入 電 路開 關(guān) 量輸 出 電 路液 晶 驅(qū) 動(dòng)電 路液晶顯示鍵 盤 驅(qū) 動(dòng)電 路鍵盤存 儲(chǔ) 驅(qū) 動(dòng)電 路存儲(chǔ)串 口 通 信電 路串口通信脈 沖 觸 發(fā) 單 元同 步 檢 測(cè) 單 元模 擬 量 采 集開 關(guān) 量 輸 入 輸 出液 晶 顯 示 單 元鍵 盤 單 元存 儲(chǔ) 單 元串 行 通 信 單 元?jiǎng)?lì) 磁 電 壓勵(lì) 磁 電 流勵(lì) 磁 變 壓 器二 次 側(cè) 電 流發(fā) 電 機(jī) 定 子電 壓發(fā) 電 機(jī) 定 子電 流開 關(guān) 量 輸 入開 關(guān) 量 輸 出景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15圖 41 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu) 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 piler，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 IQmath 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 Flash 型式。 TMS320F2812 引腳介紹TMS320F2812引腳詳細(xì)分析 XINTF信號(hào) XA[0]~XA[18] 19位地址總線 XD[0]~XD[15] 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)，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，景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16XINTF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 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) (VDD)，而不是 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( )或者去使用一個(gè) 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＝ SYSCLKOUT/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` 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)看門狗景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17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) 模擬量輸入通道TMS320F2812的 ADC模塊只能轉(zhuǎn)換 0～3V 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)端電壓、機(jī)端電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、電網(wǎng)電壓等。 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 0～100V，電流互感器的輸出為 0～5A，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 0～3V，所以需要添加交流信號(hào)的調(diào)理電路以滿足 AD的要求 [11][13]。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 0～5V 或 4～20mA 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 443 所示：景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 42 電壓輸入調(diào)理電路圖 43 電流輸入調(diào)理電路如圖 42,43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 ，將輸出信號(hào)調(diào)解到 0～3V 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 44所示：圖 44 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 0～75mV，再通過(guò)上圖所示的隔離放大電景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19路將其調(diào)整為 0～3V 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 0～5V 的電壓信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)電阻分壓將其調(diào)整到0～3V 接入 ADCIN引腳。 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?0～3V 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 45所示：1 2位A D C模塊S / H AS / H BC 2 8 x模 擬 復(fù) 用 開 關(guān)系 統(tǒng) 時(shí) 鐘高 速 預(yù) 訂 標(biāo) 器系 統(tǒng) 時(shí) 鐘 輸 出結(jié) 果 寄 存 器結(jié) 果 寄 存 器 0結(jié) 果 寄 存 器 1結(jié) 果 寄 存 器 1 4結(jié) 果 寄 存 器 7結(jié) 果 寄 存 器 1 5…………A D C E N C L K H S P C L K7 0 A 8 H7 0 A F H7 0 8 7 HS / WE V B A D C 控 制 寄 存 器S O C S O C排 序 器 1排 序 器 2S / WE V AG P I O / X I N T 2_ A D C S O C A D C I N B 7 A D C I N B 0 A D C I N