电力系统智能稳定器PSS的毕业设计方案.doc

中国地质大学（北京）现代远程教育专 科 实 习 报 告题 目 电力系统智能稳定器PSS设计 学生姓名 刘浩 批 次 1403 专 业电气工程及其自动化 学 号 68 学习中心 知金北京学习中心 3 月摘 要伴随社会发展,电力系统规模也在不停扩大,重负荷远距离输电线路也在不停增多,快速励磁系统和快速励磁调整器得到普遍利用,这些全部使得电力系统低频振荡问题日益突出,所以研究低频振荡问题对电力系统稳定产生影响也日渐关键。发电机励磁控制一直是受大家关注保障电力系统稳定运行关键手段。在此背景下,大家采取电力系统稳定器(Power System Stabilizers,即PSS)作为励磁系统附加控制。在发电机励磁系统中，电力系统稳定器是其关键组成部分。它直接影响发电机运行特征，对电力系统安全稳定运行有着关键影响。电力系统规模不停增大，系统结构和运行方法日趋复杂，对发电机电力系统稳定器运行可靠性、稳定性、经济性和灵活性提出了更高要求。本文正是依据这些要求和电力系统稳定器中国外发展趋势，研究和设计了以TMS320F2812芯片为控制关键电力系统稳定器。基于TMS320F2812电力系统稳定器能够在较大电力系统运行范围内向系统提供充足阻尼，抑制低频振荡，提升系统稳定性。关键词： 电力系统稳定器 低频振荡 TMS320F2812 移相触发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 Oscillation 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 system 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 system. 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 requirements, 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 oscillation and improve the stability of the system.KEYWORDS: power system stabilizer Low-frequency oscillation MS320F2812 Phase-shift trigger 目 录1 引言11.1 电力系统稳定器11.2 电力系统稳定器中国外研究现实状况11.3 电力系统稳定器发展趋势21.4 本课题研究意义22 电力系统低频振荡机理32.1 电力系统低频振荡32.2 电力系统数学模型分析方法42.3 电力系统低频振荡分析模型52.4 影响阻尼原因及处理方法63 电力系统稳定器工作原理83.1 电力系统稳定器抑制低频振荡原理83.2 电力系统稳定器输入信号93.3 PSS传输函数94 电力系统稳定器结构104.1 电力系统稳定器结构图104.1.1TMS320F2812芯片介绍.11 4.1.2TMS320F2812 引脚介绍. 114.2 模拟量输入通道134.2.1 交流信号采集调理电路134.2.2 直流信号采集调理电路144.2.3 ADC采样模块144.3 开关量输入输出单元154.3.1 开关量输入通道164.3.2 开关量输出通道174.4 同时检测及移相触发单元174.4.1 同时信号检测184.4.2 移相脉冲形. 194.4.3 脉冲功率放大电路194.4.4脉冲故障检测单元204.5 其它硬件模块225电力系统稳定器软件设计235.1电力系统稳定器软件总体设计思想235.2 主程序设计235.2.1 系统初始化模快235.2.2 电量计算模块245.2.3 控制调整模块275.2.4限制保护模块295.3 中止程序设计315.3.1 同时信号捕捉中止315.3.2 移相脉冲中止335.3.3 AD转换完成中止375.4 软件可靠性设计38结论39致 谢42参 考 文 献43引 言1.1 电力系统稳定器电力系统稳定器（power system stabilizer， PSS）是一个安装在发电机自动电压调整装置上用于改善电力系统动态稳定性附加励磁控制装置。它在励磁电压调整器中引入领先于轴速度附加信号，产生一个正阻尼转矩去克服原励磁电压调整器中产生负阻尼转矩作用，用于提升电力系统阻尼和处理低频振荡问题，是提升电力系统动态稳定性关键方法之一。PSS抽取和此振荡相关信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生附加信号加到电力系统稳定器中，使发电机产生阻尼低频振荡附加力矩。1.2 电力系统稳定器中国外研究现实状况多年来，伴随电力系统发展到大电网、大机组、超高压、高度自动化阶段和微电子技术、计算机技术及控制技术迅猛发展和日趋成熟，使得电力系统稳定器研究和设计成为一个很活跃领域。中国电力系统稳定器研究和设计比较早，80年代初就有部分电力科研单位和高校开始研制电力系统稳定器48。第一台投入现场运行是南京自动化研究所(现国电自动化研究院)研制适适用于大中型发电机WLT-1型电力系统稳定器，WLT-1型电力系统稳定器以8位单板机为关键，采取PID调整方法。福州大学于1990年研制出SMER-C型微机电力系统稳定器，采取8位8051单片机，含有多个调整、控制和限制功效，用于福建省内大部分中小型发电机组。中国电力科学研究院和南京自动化设备厂合作研制WKKL-1型微机双自动电力系统稳定器选择16位工业控制机CCSDK-86，在控制规律上以PID调整为主，同时引入了电力系统稳定器（PSS）附加控制。清华大学和哈尔滨电机厂合作，研制了全数字式电力系统稳定器，采取STD总线结构或8098单片机结构，控制规律采取PID调整方法、PSS附加控制、线性最优励磁控制（LOEC）和非线性励磁控制（NEC），四种调整规律含有完善保护、限制、报警功效。华中科技大学和东方电机股份企业和葛洲坝电厂能达通用电器合作，开发研制了线性最优和自适应最优微机电力系统稳定器。经过多年努力，中国部分院校、研究所和企业在电力系统稳定器设计、生产和运行方面已经积累了丰富经验，电力系统稳定器优良性能在实际生产运行中也日益显示出来。国外电力系统稳定器进入实用也是在20世纪80年代，1989年7月日本东芝企业在日本八户发电所投运了双微机系统数字式电力系统稳定器；1990年5月加拿大通用电器企业(CGE) 也开发出了电力系统稳定器；1993年日本三菱企业投运了MEC5000型系列微机电力系统稳定器。另外，奥地利ELIN企业、德国SIEMENS企业、英国GEC企业等也全部相继生产出微机电力系统稳定器。这些大企业均含有很强科研开发能力，电力系统稳定器所用计算机系统通常以专用高速可编程控制器为关键，采取自行研制专用控制板组成，所以含有结构紧凑，可靠性高优点。其中，瑞士ABB企业UNTROL- D型多微机电力系统稳定器在中国石洞口电厂、李家峡电厂等得到使用；三峡700MW机组电力系统稳定器由德国SIEMENS企业提供；加拿大CGE企业生产SILCO双通道型微机电力系统稳定器安装在中国隔河岩水电站进口机组上。这些电力系统稳定器多采取PID+PSS控制，多种控制、限制功效较完善，装置整体制造水平也较高。从整体上看，中国在电力系统稳定器控制算法方面处于国际先列，所开发电力系统稳定器功效也很强大，但装置所选择元器件可靠性和生产制造工艺水平和国外相比还存在一定差距。1.3 电力系统稳定器发展趋势伴随中国三峡水电站完工和中国西部煤炭资源利用和开发出现了西电东输要求，从降低大气污染这个角度看也需要发电厂远离城市，这就造成了远距离重负荷输电局面，电力系统稳定器（PSS）发展和应用显得更为关键！电力系统稳定器（PSS）也将朝着更智能，硬件结构更简单，交换性好，使用维护更简单易行方向发展1.4 本课题研究意义电力系统稳定问题是电力系统根本问题。电力系统发展早期，系统结构相对简单松散，其静态稳定问题通常表现为发电机和系统之间非周期失步。伴随电力系统不停扩大，出现了大型电力系统互联，系统联络所以变得越来越紧密，整个电力系统也变得越来越复杂。系统静态稳定问题由此常表现为发电机组之间功率动态振荡，尤其是在互联络统联络线上，这种振荡表现更为突出。因为这种振荡频率较低，通常在0.2-2.SHz之间，所以通常称之为低频振荡。其振荡时产生能量经过机电联络来传输，所以又称为机电振荡，表现为发电机电功率和功角改变。低频振荡严重时会造成系统解列或失去稳定，是大型电力系统互联引发最关键影响系统稳定问题之一自20世纪70年代以来，美国、日本及西欧等电力系统在运行中均发生输电线路低频功率振荡事故，振荡严重时破坏互联络统之间并列运行，造成联络线跳闸引发大面积停电。近十多年来，中国各大电网也相继发生了联络线低频振荡现象所以为了处理低频振荡给电力系统带来危害，研究电力系统稳定器是很有必需。2 电力系统低频振荡机理2.1 电力系统低频振荡 因为电力系统规模扩大，大型发电机普遍采取了由集成电路和可控硅组成电力系统稳定器，使自动电力系统稳定器时间常数从过去几秒缩短到几十毫秒。快速励磁系统(晶闸管直接励磁或高起始响应励磁系统)广泛采取，更使得励磁系统时间常数大为减小，从而降低了电力系统阻尼。对联络较弱电网系统影响较大，使系统中常常出现弱阻尼、甚至是负阻尼。所以，很多电力系统出现了每分钟多个至几十个周波频率很低自发性系统振荡。在这种情况下，当振荡严重时会破坏互联络统之间并列运行，造成大面积停电，这种现象称为低频振荡。在低频振荡研究领域世界各国教授学者提出了部分不尽相同低频振荡产生机理，关键见解有以下多个23：（1）欠阻尼原理在对低频振荡分析中，负阻尼机理相对来说是比较成熟理论，得到学界广泛认可20。负阻尼机理是由学者F.Demello提出，根据F.Demelfo分析，励磁系统是一个惯性系统，假如电力系统稳定器放大倍数有所增加，就可能会造成对应转子机械振荡特征根实部从小于零负值逐步上升。这么情况下，再加上电力系统稳定器放大倍数过大不利条件，特征根实部甚至有可能达成正值，进而使得系统发生增幅振荡。所以，也可将低频振荡原因了解为励磁系统放大倍数过大引发了负阻尼增大，甚至将系统原先固有正阻尼抵消了，使系统展现出负阻尼状态或阻尼极小。这么系统在扰动出现时候，就不能使扰动很快平息，反而会出现引发系统振荡增幅振荡。负阻尼机理是一个经过多年研究完善和实践检验机理，可说是一个公认理论。（2）发电机电磁惯性引发低频振荡文件24指出因为发电机励磁绕组含有电感，则由励磁电压在励磁绕组中产生励磁电流将是一个比它滞后励磁电流强迫分量，而这种滞后控制在一定条件下将引发振荡。这种电磁惯性引发低频振荡产生条件现在还无定论，这一方向正处于研究阶段。（3）参数谐振电力系统受到外界周期性扰动，当扰动频率和系统自然频率存在某种特殊关系时，会产生谐振振荡，当其处于低频区时表现为低频振荡。（4）非线性奇异现象(分歧现象)电力系统分歧有静态分歧和动态分歧两种情况，文件14.15依据动态分歧中Hopf 分歧理论指出系统在临界点周围发生亚临界分歧条件是临界点处曲率系数0，从而系统动态行为出现了奇异，即特征根仍在虚轴左侧时系统就开始出现不稳，出现了增幅性低频振荡，此时稳定域因为亚临界分歧出现而变小，不稳定区域扩到了左半平面；系统稳定域变小。(5) 混沌振荡机理文件25中指出，混沌现象是在完全确定模型下产生不确定现象，它是由非线性系统中各个参数相互作用而造成一个很复杂现象，现在大家只是感性认识到混沌现象部分经典特征。文件26针对低频振荡参数进行分析得出了以下结论：(l)仅有阻尼而无周期性负荷扰动时，系统不会出现混沌振荡；(2)在周期性扰动负荷作用下，且当扰动负荷值超出一定范围时，系统出现混沌振荡；(3)在周期性负荷扰动下，当阻尼系数靠近某一数值时，系统发生混沌振荡。上面多个见解全部从某首先揭示了低频振荡发生机理，欠阻尼原理研究最早也最成熟，这关键得益于线性系统理论成熟，现在已经形成了一套比较完整理论体系，并在工程上得到实际应用。谐振理论关键是在设计和制造时加以考虑分歧现象关键用于低阶单变量系统，高阶多变量非线性系统稳定分析现在在理论上还没有得到很好处理，关键是经过数值分析来判定。混沌理论现在还停留在做理论上探讨，在工程中现在难以应用。2.2 电力系统数学模型分析方法到现在为止，电力系统低频振荡分析方法大致上能够分为两大类：一类分析方法是在建立电力系统全阶数学模型后，对该数学模型进行分析，即是基于理论研究方法；而第二类方法则是对系统进行实际测量，然后再对实际测量得到信号进行分析，即是基于试验研究方法21。就这两类方法来说，第一类方法只有建立了电力系统全阶数学模型才能使用，而电力系统全阶数学模型往往不易建立，所以这类方法会受到一定限制。基于电力系统数学模型分析方法关键有以下多个：(1）特征根分析法：特征根分析法也可称为复频域法，特征根分析法是指对电力系统状态方程特征根进行计算，并据此取得电力系统全部振荡模式，然后对特征根灵敏度和特征向量进行分析和计算，还能过得更多相关振荡信息。QR方法能够用于求解低维矩阵特征值，也曾被用来求解电力系统特征值，不过在现在阶数常常达成上万电力系统状态方程中己经显得不那么有用了，取而代之研究热点是降阶方法。隐式重开启Amoldi算法也能够被用于计算大型电力系统机电模式特征值，隐式重开启Amoldi算法能够在大型电力系统中计算出特征值，且含有收敛快速，可靠性高优点24。(2) 时域仿真法：这种方法是将全系统模型经过各个元件模型在系统中所表现出来拓扑关系建立，再将系统稳态值和系统时尚解作为运算初始条件，解出系统状态量和代数量伴随时间改变曲线，最终依据得出曲线来对系统进行分析。时域仿真法分析基础是经过仿真计算得出系统时域曲线，其优势在于不受系统规模限制，缺点在于由研究人员自己设定扰动未必能使研究工作取得全部振荡模式。同时该方法消耗较多计算资源，不过取得必需信息量不大。(3) 频域分析法：AESOPS方法在这类方法中极具代表性，AESOPS方法也属于部分特征值法。它是经过迭代计算得到系统在机电模式下特征根，但只计算部分能对系统稳定性有重大影响特征值。使用传输函数矩阵描述系统，经过代数方程替换微分方程描述输入输出关系。这么得到传输函数矩阵维数远远小于状态矩阵维数，避免了。维数灾。(4) 正规形理论分析法：所谓正规形方法是指某种转换非线性方程到线性形式方法，该方法能够从一定程度上描述出系统特征：比如某状态量和一些振荡模式间关系，而计及非线性，会发生什么改变等等。该方法可和特征根法结合使用。另一类基于试验数据对低频振荡进行分析方法，其具体含义就是对实际测量所得到数据进行分析，从而得到所研究问题物理特征，再依据这些特征提出理论假设，最终用试验对提出理论假设进行检验不过电力系统很特殊，试验过程中应该以不对电力系统正常运行造成影响为标准，所以在电力系统运行时，现场往往会配置很多设备进行在线实时观察。每当系统出现了异常情况，如扰动等等，这些现场设备就会把扰动情况和系统输出情况等统计下来，以备以后研究所用。这些真实有效试验数据很宝贵，它们对我们检验理论假说提出理论假说研究工作十分关键。现场实际测量得到数据能够帮助研究人员确定系统振荡频率和振荡模式，有了这些分析结果，就能深入对系统阻尼等问题进行定量分析。假如从实际测量得到数据中再采样各点特征，将不包含系统参数阶数等问题，而且这么得出分析结果含有如实反应系统状态特点。现在有很多数学方法用于对低频振荡特征进行分析，比如实时快速傅里叶变换(FFT)算法，wiener一Hopt线性估计法，MatrixPeneil法等等27。在多种方法中，关键被使用还是Prony方法。此方法以试验为研究基础，又和理论结合进行分析，是一个含有科学态度有效方法，为低频振荡研究提供了有力工具。2.3 电力系统低频振荡分析模型图2-1单机无穷大系统图2-1为单机无穷大系统示意图，在研究同时发电机电磁转矩时，通常将电磁转矩分解为两个分量，即同时转矩分量和阻尼转矩分量。同时转矩和发电机转角增量同相位，阻尼转矩和发电机转子转速增量同相位。假如同时转矩不足，将发生滑行失步；阻尼转矩不足，将发生振荡失步。低频振荡研究包含到同时发电机数学模型。考虑有阻尼转矩作用转子运动方程式，励磁绕组方程式和自动电压调整器基础方程式，经过对这些方程式线性化后能够得到用于研究低频振荡同时发电机完整模型，图2-2所表示。图中上半部分为转子运动方程式机械回路，下半部分为电力系统稳定器及系统电气回路。机械回路转矩增量T-Te作为输入，转矩角度增量作为输出；M为发电机转子惯性时间常数，D为阻尼系数，0为同时转速。电气回路输入为附加励磁控制UE和机端电压增量Ut，之差，而输出为发电机内部暂态电势增量Eq，该暂态电势增量乘以常数K2(即K2/Eq)变为电气转矩Te一部分，Ut由K5占和K6Eq。两个分量组成。传输函数步骤中TA和KA分别表示电力系统稳定器和励磁机系统时间常数和总放大倍数.Td0和K3分别表示转子励磁回路有效时间常数和放大倍数。图2-2单机无穷大系统传输函数框图图2-1所表示同时发电机低频振荡模型写成矩阵形式为(2-1)(2-2) ,= (2-3) (2-4)式(2-l)是在系统某一经典运行点线性化后得到，(2-2)和(2-4)式中带下标0标量表示系统经典运行点数值，电力系统低频振荡原因用图2-2方框图能够得到解释。2.4 影响阻尼原因及处理方法影响系统阻尼原因很多，包含电力系统运行方法、负载情况、网络结构、发电机励磁机参数，全部能影响到电力系统阻尼。(l) 运行方法影响当有功负荷较大，而且在电容性负荷情况下时，阻尼转矩变为负阻尼，轻易发生统低频振荡。另外，联络线负荷增大，功角增大，阻尼减弱。所以低频振荡全部在联络线功率较大时发生。一旦发生低频振荡，应该首先限制联络线输送功率。假如发电机多送感性无功负荷，功角会减小，阻尼将增大，有利于电力系统稳定。(2) 网络结构影响网络结构强弱对电力系统阻尼有很大影响：当电源和系统联络较弱时，系统等值电抗x越大，功角石越大，阻尼转矩越小，严重时甚至成为负值，轻易产生负阻尼和振荡失步。加强系统结构即使能够预防弱阻尼，但需要增加联络线或加强系统电网联络这么会使投资费用增大。而且伴随电力系统电网不停发展，原有弱联络电网加强后，又可能变成新弱联络电网。(3) 励磁机影响当较大时，K5为负，自动电力系统稳定器将提供负阻尼。当励磁机放大倍数KA在一定范围内增大时负阻尼将会增大。另外，励磁时间常数KA及转子绕组时间常数Td0越小，负阻尼越大。（4) 调速器影响调速器对系统阻尼影响通常没有自动电力系统稳定器显著。不过，当采取快速电液调速器时，对振荡频率较低低频振荡会产生一定影响。3 电力系统稳定器工作原理3.1 电力系统稳定器抑制低频振荡原理电力系统稳定器是经过采取转速偏差、频率偏差、电功率偏差、加速功率偏差这多个信号中一个或多个信号作为自动电力系统稳定器(AER)附加输入，使得系统中产生正阻尼转矩，以提升电力系统静态稳定性，从而达成抑制低频振荡目标。图3-1 PSS控制框图图3-2 PSS控制向量图电力系统稳定器作用关键是假借加强发电机励磁控制方法达成加强对系统振荡阻尼效果，借此使电能传输稳定极限上升。假如系统对振荡阻尼太弱，那么系统输电能力在弱系统条件下就会被限制。所谓弱系统条件就是指远距离发电厂需要经长距离线路送电或是连接大区域联络线相对较弱系统条件。所以，电力系统稳定器性能只能以其增加这种弱系统阻尼能力来进行评价。图3-1，3-2为电力系统稳定器控制框图和向量图。励磁系统为滞后单元，它由励磁机迟后角只和发电机磁场回路迟后角典组合而成，要是用GES(s)表示Pe/传输函数，可从图3-1得出16，17：（2-5）因为GES(s)迟后作用，假如K5小于零，此时电磁转矩劫岔。就会在第四象限，在轴上投影为负，所以出现了使得系统阻尼为负不稳定现象。倘若在励磁系统相加点输入一个和同相位信号，就会产生一个正、在第一象限，几乎和同相位电磁转矩Mep，图2-4所表示。Me和Mep相量相加得到总电磁转矩Me，Me在第一象限，其在上投影变为正，这表明负阻尼转矩得到了有效赔偿，电力系统稳定性得以提升。3.2 电力系统稳定器输入信号(1) 为输入信号对于以为信号电力系统稳定器，应该在发电机所带负荷最重、电网联络最强时设计PSS参数。不过，当网络出现弱联络时，PSS提供正阻尼作用反而减弱，而此时，电力系统正需要正阻尼，这一矛盾，需要采取别控制信号或采取自适应控制方法来处理。另外，因为噪声和发电机组本身扭动振荡频率全部很高，而以为输入信号PSS使用是超前网络，超前网络在高频时放大倍数会增大，所以，对发电机组轴扭动振荡极为敏感，使扭动振荡现象更为加重。所以必需采取窄频带滤波器，以阻止扭振频率信号经PSS放大以后和发电机发生谐振。 (2) Pe为输入信号以发电机输出电功率峨作为PSS输入信号，检测方便，所需超前角度小，稳定性好，己得到广泛采取，不过存在着反调现象。当电力系统发生低频功率振荡时，发电机输出电功率增加，PSS输出负值会使励磁电流减小，从而减小了发电机输出电功率，发挥了阻尼振荡作用。不过，当调整原动机使机械功率增加时，发电机输出电功率也会增加，此时，PSS会使励磁电流减小，这对电力系统静态稳定是不利，这就是反调现象。以发电机输出电功率为输入信号PSS对汽轮机和水轮机反调作用影响是有差异。对于水轮发电机，因为机械功率改变速度较快，反调影响较大，需要在改变原动机功率时，瞬间闭锁PSS输出信号。而对汽轮发电机，因为机械功率改变速度较慢，反调现象影响不大。(3) 为输入信号PSS信号通常取自发电厂母线，因为在暂态过程中在系统各点叮是不一样，在单机无穷大系统中，好分母特征基础上和电压沿线分布是一致，所以当系统联络减弱时，以发电厂母线为信号PSS对发电机转子角频率灵敏度反而增加，恰好赔偿了系统联络减弱时传输函数增益减小，所以以为信号PSS在发电机负荷及系统联络均在中等水平时调整，无须担心在系统联络增强时会造成增益过大。(4)加速功率(Pm-Pe)为输入信号它含有电功率输入信号优点，不存在反调现象问题，但需要增加机械功率Pm为输入信号。水轮发电机组能够取水门开度作为机械功率信号，汽轮发电机组能够取气门开度为机械功率信号。3.3 电力系统稳定器传输函数以为输入信号PSS传输函数框图图2-5，PSS通常由放大步骤，复位步骤，相位赔偿步骤，限幅步骤组成，其输出作为励磁附加信号。图3-3 PSS传输函数框图关键步骤作用以下：放大步骤：确保T*e有足够幅值。复位步骤：在过渡过程中使动态信号顺利经过，从而使PSS只在动态中起作用。相位赔偿步骤：赔偿Td0及TE引发相位滞后，方便使附加力矩T*e和同相位。由13个超前步骤组成，一个超前步骤最多可校正300400。限幅步骤：预防大干扰时PSS输出量对发电机端电压扰动过大而对PSS输加以限制。4 电力系统稳定器结构4.1 电力系统稳定器结构图电力系统稳定器硬件是整个励磁系统关键，本论文设计侧重基于电力系统稳定器需求和发展趋势，充足利用所选32位DSP芯片TMS320F2812丰富外设资源，完成电力系统稳定器各模块硬件设计。本文设计电力系统稳定器关键包含：模拟量输入通道、开关量输入输出单元、同时测频单元、移相触发单元、脉冲故障检测单元等。其硬件总体结构框图8图4-1所表示：图4-1 电力系统稳定器结构4.1.1 TMS320F2812 芯片介绍 德州仪器所生产TMS320F2812 数字讯号处理器是针对数字控制所设计DSP，整合了DSP 及微控制器最好特征，关键使用在嵌入式控制应用，如数字电机控制(digital motor control, DMC)、资料撷取及I/O 控制(data acquisition and control, DAQ)等领域。针对应用最好化，并有效缩短产品开发周期，F28x 关键支持全新CCS环境C compiler，提供C 语言中直接嵌入汇编语言程序开发介面，可在C 语言环境中搭配汇编语言来撰写程序。值得一提是，F28x DSP 关键支持特殊IQ-math 函式库，系统开发人员能够使用廉价定点数DSP 来发展所需浮点运算算法。F28x 系列DSP估计发展至400MHz，现在已发展至150MHz Flash 型式。 4.1.2 TMS320F2812 引脚介绍TMS320F2812引脚具体分析 XINTF信号 XA0XA18 - 19位地址总线 XD0XD15 - 16位数据总线 XMP/MC - 1 - 微处理器模式 - XINCNF7有效 -0- 微计算机模式 - XINCNF7无效 XHOLD - 外部DMA保持请求信号。XHOLD为低电平时请求XINTF释放外部总线，并把全部总 线和选通端置为高阻态。当对总线操作完成且没有立即对XINTF进行访问时，XINTF释放总线。此信号是异步输入并和XTIMCLK同时XHOLDA-外部DMA保持确定信号。当XINTF响应XHOLD请求时XHOLDA呈低电平，全部XINTF 总线和选通端呈高阻态。XHOLD和XHOLDA信号同时发出。当XHOLDA有效(低)时外部器件只能使用外部总线XZCS0AND1- XINTF区域O和区域1片选，当访XINTF区域0或1时有效(低) XZCS2- XINTF区域2片选，当访XINTF区域2时有效(低) XZCS6AND7- XINTF区域6和区域7片选，当访XINTF区域6或7时有效(低)XWE-写有效。有效时为低电平。写选通信号是每个区域操作基础，由XTIMINGX寄存器 前一周期、目前周期和后一周期值确定 XRD - 读有效。低电平读选通。读选通信号是每个区域操作基础，由xTIMINGX寄存器前 一周期、目前周期和后一周期值确定。注意：XRD和XWE是互斥信号 XR/W - 通常为高电平，当为低电平时表示处于写周期，当为高电平时表示处于读周期XREADY - 数据准备输入，被置1表示外设已为访问做好准备。XREADY可被设置为同时或异步 输入。在同时模式中，XINTF接口块在目前周期结束之前一个XTIMCLK时钟周期内要求XREADY有效。在异步模式中，在目前周期结束前XINTF接口块以XTIMCLK周期作为周期对XREADY采样3次。以XTIMCLK频率对XREADY采样和XCLKOUT模式无关 JTAG和其它信号 X1/XCLKIN - 振荡器输入内部振荡器输入，该引脚也能够用来提供外部时钟。C28x能够使 用一个外部时钟源，条件是要在该引脚上提供合适驱动电平，为了适应1.8V内核数字电源 (VDD)，而不是3.3VI/O电源(VLDIO)。能够使用一个嵌位二极管去嵌位时钟信号，以确保它 逻辑高电平不超出VDD(1.8V或1.9V)或去使用一个1.8V振荡器X2 - 振荡器输出 TMS320F2812引脚具体分析 XCLKOUT - 源于SYSCLKOUT单个时钟输出，用来产生片内和片外等候状态，作为通用时 钟源。XCLKOUT和SYSCLKOUT频率或相等，或是它1/2，或是l/4。复位时XCLKOUT SYSCLKOUT/4TESTSEL - 测试引脚，为TI保留，必需接地 TEST1 - 测试引脚，为TI保留，必需悬空 TEST2 - 测试引脚，为TI保留，必需悬空TMS - JTAG测试模式选择端，有内部上拉功效，在TCK上升沿TAP控制器计数一系列控 制输入 TDI - 带上拉功效JTAG测试数据输入端，在TCK上升沿，TDI被锁存到选择寄存器、指 令寄存器或数据寄存器中 TDO - JTAG扫描输出，测试数据输出。在TCK下降沿将选择寄存器内容从TDO移出 TCK - JTAG测试时钟，带有内部上拉功效 TRST - 有内部上拉JTAG测试复位。当它为高电平时扫描系统控制器件操作。若信号悬 空或为低电平，器件以功效模式操作，测试复位信号被忽略注意：TRST上不要用上拉电阻。它内部有上拉部件。在强噪声环境中需要使习附加上 拉电阻，此电阻值依据调试器设计驱动能力而定。通常取22K即能提供足够保护。因为有了这种应用特征，所以使得调试器和应用目际板全部有适宜且有效操作 EMU0 - 带上拉功效仿真器I/O口引脚0，当TGST为高电平时，此引脚用作中止输入。该中 断来自仿真系统，并经过JTAG扫描定义为输入/输出 EMU1 - 仿真器引脚1，当TGST为高电平时，此引脚输出无效，用作中止输入。该中止来自 仿真系统输入，经过JTAG扫描定义为输入/输出 XRS - 器件复位(输入)及看门狗复位(输出)。器件复位，XRS使器件终止运行，PC指向地址0x3FFFCO。当XRS为高电平 时，程序从PC所指出位置开始运行。当看门狗产生复位时,DSP将该引脚驱动为低电平，在看门向复位期间，低电平将连续 512个XCLKIN周期。该引脚输出缓冲器是一个带有内部上拉(经典值100mA)开漏缓冲器， 推荐该引脚应该由一个开漏设备去驱动 4.2 模拟量输入通道TMS320F2812ADC模块只能转换03V模拟信号，模拟量输入通道作用就是要将模拟量转换成TMS320F2812所能接收数字信号。本文所设计电力系统稳定器所要输入模拟信号包含：发电机机端电压、机端电流、励磁电压、励磁电流、电网电压等。4.2.1 交流信号采集调理电路发电机机端电压、电流信号分别取自发电机端电压互感器和电流互感器。电压互感器输出为0100V，电流互感器输出为05A，因为电压太高，电流太大，而TMS320F2812AD输入信号范围要求为03V，所以需要添加交流信号调理电路以满足AD要求1113。在自动控制设备中，常采取电量变送器6对输入模拟量进行测量。电量变送器是一个把某种形式电量变换成和之成线性关系直流信号装置，它输出通常为05V或420mA直流信号。电量变送器接线简单、安装方便，通常这些电量变送器为确保变送电量精度，会采取很多方法，如在变送器中加入了整流、滤波、赔偿等步骤，不过这么做使得整个装置时间常数变大，对于需要快速响应励磁系统来说是很不利。电量变送器通常只能反应被测量单一信息(如有效值)，丢失了很多有用信息，不能用于需要采集交流信号瞬时值控制系统。针对电量变送器这些缺点，本文采取由运算放大器组成电平抬升电路作为模拟量输入信号调理电路，其电路原理图图4-2、4-3所表示：图4-2 电压输入调理电路图4-3 电流输入调理电路图4-2,4-3所表示，第一级采取射级跟随方法提升电路输入阻抗，第二级为反相器，经过可调电位器调整其放大倍数，第三级电路为对第二级信号和1.5V电压基准进行反相求和，将输出信号调解到03V4.2.2直流信号