（电力系统及其自动化专业论文）可控串联补偿控制系统的设计及实现.pdf

上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者宪企了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 阕意学校保留并向黧家有关部门或税构送交论文的复印律和电子 版，兔诲论文被套瓣纛僚溪。本入授权上海交通大学霹以将本学应 论文的全部或部分内察编入有关数据摩进行检索，可以粟用影印、 缩印或捆描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密留，在土牟鹪密厦适雳本授权蕊。 零学位论文属子+ 举傈密叠。 ( 请在以上方框内打“”) 黼虢弛手 觎期：跏埤岁月加日 指导教；萃签襄。口毒拿专 日期：矿缉3 月& 一日 上海交通大学硕士学位论文 可控串联补偿控制系统的设计及实现 摘要 可控串联补偿( t c s c ) 技术作为灵活交流输电系统( f a c t s ) 中的重要一 员，对于提高输电线路的补偿度及潮流控制、阻尼线路功率振荡、提高电力系统 暂态稳定性、抑制次同步振荡都具有明显的效果，在我国高电压远距离输电系统 中具有广泛的应用前景。 本文着重研究可控串联补偿控制系统的软硬件实现方法，包括控制器硬件设 计、控制器软件实现和t c s c 动模实验三个部分。 控制器主要负责电力系统参数( 输电线路电流电压等) 的采集、转换和处理， 并在相应控制策略的控制下发出符合要求的触发脉冲通过触发器送入晶闸管，实 现对晶闸管的通断控制，从而改变整个t c s c 模块的阻抗特性。整个控制器通过 p c 机局部总线实现和c p u 的数据交换。 控制器软件要求具有实时性和易操作性的特点，因此设计成底层驱动+ 用户 界面的实现方式。为了保证控制器能够实时响应用户发出的命令，底层驱动采用 w m g x 通常采用的虚拟驱动程序( v x d ) 来实现，用户界面通过向驱动程序发送 特定的消息来控制控制器的正确工作，控制器也可以向用户界面发送消息进行响 应，通过两者之间的交互可以实现对控制器的方便实时控制。 将t c s c 系统投入到动态模拟实验室进行不对称和对称故障的动模实验，从 实验结果来看，在各种故障类型下，采用了稳定控制策略的t c s c 控制系统能够 扩大系统的稳定域，提高系统的阻尼，从而改善暂态稳定性能，并且使后续的功 率振荡迅速得到平息，取得了良好的效果。 关键词可控串联补偿，控制器，驱动程序，实时控制，动态模拟实验 上海交通大学硕士学位论文 d e s i g na n d 衄l e a 们! n t a t i o n o ft c s cc o n t r o ls y s t e m a b s t r a c t t h y r i s t o r c o n t r o l l e ds e r i e sc o m p e n s a t o r ( t c s c ) i so n eo ft h ei m p o r t a n t m e m b e r so ff a c t s 仃l e x i b l ea ct r a n s m i s s i o ns y s t e m s ) i th a so b v i o u se f f e c t so n t h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：p o w e rs y s t e ml i n e sc o m p e n s a t i o nd e g r e ea d j u s t m e n t ，p o w e r f l o wc o n t r o l ，p o w e ro s c i l l a t i o nd a m p i n g ，s y s t e m st r a n s i e n ts t a b i l i t yi m p r o v e m e n t , s u b s y n e r o n o u sr e s o n a n c ec o n t r o lc t c ，s ot h a tt c s ch a sap r o m i s i n gd e v e l o p m e n t f u t u r e t h i sp a p e ri sf o c u s e do nt h r e ep a r t s ：t h eh a r d w a r ed e s i g no f t c s cc o n t r o l l e r , t h e s o f t w a r ep r o g r a m m i n ga n dp h y s i c a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t so f t h ep o w e rs y s t e mw i t h t c s c t h eh a r d w a r ed e s i 弘m a i n l yd e a l s 、i t l lt h es a m p l i n g ，c o n v e r s i o na n dp r o c e s s i n g o f t h ep a r a m e t e r so f t h ep o w e rs y s t e m , s u c ha st h ev o l t a g ea n dt h ec u r r e n c ye t c ，t h e n s e n d so u tp u l s e st h r o u g ht h et r i g g e rt ot h et h y r i s t o rb a s e do nt h eg i v e nc o n t r o ls t r a t e g y n l cc o n t r o l l e rc o m m u n i c a t e sw i t ht h ec p uv i at h ep c sl o c a lb u s t h es o f t w a r es l l o u l dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fb o t hr e a l t i m ea n di n t e r a c t i v e o p e r a t i o n t oa c h i e v et h ea i m sa b o v e ，t h ep a p e rd e s i g n st h ev i r t u a ld e v i c ed r i v e r ( v x d ) f o rw i n 9 x ，a n dt h eg r a p h i c su s e ri n t e r f a c e ( g u df o re a s y i n t e r a c t i v e o p e r a t i o n t h eg u ia n dt h ed r i v e rc a nc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rv i am e s s a g e f l o w i np h y s i c a ls i m u l a t i o nl a bt h ep a p e re x p e r i m e n t sw i t hs y m m e t r i ca n da s y m m e t r i c d e f a u l ts i t u a t i o n sw i t ht c s c t h er e s u l t sp r o v et h a tt c s ch a so b v i o u se f f e c t s0 1 1 d a m p i n gp o w e ro s c i l l a t i o na n di m p m v i n gs y s t e m st r a n s i e n ts t a b i l i t y k e y w o r d s t c s c ，c o n t r o l l e r , r e a l - t i m ec o n t r o l ，v i r t u a ld e v i c ed r i v e r , p h y s i c a l s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t 2 - 上海交通大学硕士学位论文 1 1灵活交流输电系统 1 1 1 灵活交流输电系统概述 第一章绪论 灵活交流输电系统f a c t s ( f l e x i b l e a ct r a n s m i s s i o ns y s t e m s ) 也称为“柔性输 电系统”，是指装有电力电子或其它静止型控制器以增强输电系统可控性和增加 电力传输能力的交流输电系统。由于f a c t s 技术将现代电力电子技术和现代自 动控制技术引入交流输电系统，使系统中的母线电压、线路阻抗和相位角可以快 速灵活地调整，使其具有诸如较大范围的控制潮流；保证输电线输送容量接近热 稳极限；在控制区域可传送更多的功率，减少发电机的热备用；依靠限制短路和 设备故障的影响来防止线路串级跳闸；阻尼系统低频震荡等功能，因而可产生很 好的经济效益，已成为当今先进国家电力界研究的热点。f a c t s 技术被誉为“现 代电力系统中的三项具有变革性影响的前沿性课题( 柔性输电技术、智能控制、 综合自动化技术) 之一”。【l l 【2 1 1 1 2 f a c t s 元件分类 自从1 9 8 6 年美国电力科学研究院( e p r i ) n gh i n g o r a n i 博士提出f a c t s 概 念以来【3 】【4 】，f a c t s 技术就得到了极大的发展，根据不同的分类标准，得到以下 几种分类方式啡6 】： a 、根据与被控交流输电系统的联结方式，f a c t s 元件可以分为：串联、并 联、串并联三类，列表如下川： 表l 一1f a c t s 元件分类表 串联并联 串并联其它 静止同步串联补偿器；静止同步补偿器；相问功率控制器；晶闸管 晶闸管可控串联补偿器； 静止调相器； 晶闸管控制的移相控制的 晶闸管可控串联电容器：静止无功补偿器；变压器：电压控 晶闸管可控串联电抗器； 静止无功发生器； 统一功率潮流控制制器 晶闸管投切的串联补偿器：晶闸管控制的电抗器；器等 晶闸管投切的串联电容器等；晶闸管控制的电容器等： 上海交通大学硕士学位论文 b 、按照安装地点的不同，f a c t s 元件可分为发电型、输电型、供电型三类， 如图1 - l 所示： 发电厂输电系统配电系统 静态励磁( p s s 和o e c ) 晶闸管控制电制动 ( t c b r 、 变速发电机组( a s g ) 飞轮储能变速发电机 ( r w c ) 高压直流输电( h v d c ) 静止无功发生器 ( a s v g ，s 1 觚 c o m ) 无触点电路开关( s s c b ) 可控串补( t c s c ) 统一潮流控制器( u p f c ) 可控移相器( t c p s t ) 有源滤波( a p f ) 微型储能装置 ( m 匣s ) 图i - i按安装地点f a c t s 元件分类图 f i g1 - 1 c l a s s i f i e dd i a g r a mo f f a c t sd e v i c eb y a l l o c a t i o np o s i t i o n c 、按控制器原理可分为阻抗控制型控制器( 如s v c 、t c s c ) 、相角控制型 控制器( 如t c p s t 、t c s c ) 、电压控制型控制器( a s v g ) 三类。 其中代表性的f a c t s 控制器包括统一潮流控制器( u p f c ) 、静止无功补偿器 ( s v c ) 、可控串联补偿( t c s c ) 、静止补偿器( s t a t c o n ) 、晶闸管控制的移相器 ( t c p s d 、相间功率控制器凹c ) 等，主要控制器的工作原理简述如下： u p f c ( u n i f i e dp o w e rf l o wc o n t r o l l e r ) u p f c 是将并联补偿的s t 0 n 和串联补偿的s p f c 相结合组成的新型潮 流控制器。其中s t a t c o n ( 静止调相机s t a t i cc o n d e n s e r ) 是一种新型的采用 g t o 元件的并联补偿装置，它不需要大容量的电容器和电抗器：s p f c ( 串联潮 流控制器s e r i e sp o w e rf l o wc o n t r o l l e r ) 是同样基于g t o 换流器的潮流控制装置， 通过控制换流器，改变其输出电压的幅值和相位( 接近垂直于线路电流方向) ， 从而改变线路两端电压( 幅值和相位) 实现线路有功和无功潮流的控制。u p f c 的s t a t c o n 部分接于母线，其主要功能是调节母线电压和无功功率，串联部分 的s p f c 输出电流所产生的电压可在o o - 3 6 0 0 四象限范围内变化( 包括幅值和相 位) ，从而与s t a t c o n 相互配合，控制线路的有功和无功潮流。 t c s c ( t h y r i s t o rc o n t r o l l e ds e r i e sc a p a c i t o r ) t c s c 通过在输电线中间串联可变阻抗大范围平滑调节输电线路补偿阻抗， 主要用于：网络潮流控制，改善电网潮流分布，消除环流；电力系统暂态稳定控 制，提高系统暂态稳定性；电力系统阻尼控制，抑制低频和次同步振荡。 s v c ( s t a t i cv a rc o m p e n s a t o r ) 上海交通大学硕士学位论文 s v c 由一个固定电容器与一个晶闸管控制的电抗器并联，晶闸管阀的触发 角根据电容( 或电感) 上的电压被控制在9 0 。1 8 0 0 之间。通过在输电线中间并 联s v c 减小线路两端转移阻抗以增大线路输送功率极限，增加稳定性，同时靠 s v c 可变输出导纳调节系统转移阻抗以增加系统阻尼。 s t a t c o n ( s t a t i cc o n d e n s e r ) s t a t c o n 主要由基于g t o 的电压型逆变器、直流电压源( 通常为一个直 流电容器) 和连接变压器构成，合理调节各g ，i i o 管的导通顺序及导通时间，可 以在逆变器的输出端得到三相交流电压：改变输出电压的幅值就可以实现与系统 的无功交换，和s v c 相比，其工作范围更大。 1 1 3f a c t s 研究现状 国外用于输电电压控制和增强稳定性的s v c 已有1 5 0 台左右；美国有3 台 t c s c 工业装置在运行，分别安装于3 4 5 k v ( 工业实验) ，2 3 0 k v ( 提高输电能力、 控制潮流、阻尼振荡以及减轻次同步谐振) 和5 0 0 k v ( 已正式运行) ；日本、美 国、德国都推出了从几十m v a x 到1 0 0 m v a r 的a s v g 装置；美国u p f c 第一期工 程所装设的1 6 0 m v a 并联逆变器s t a t c o m 已在美国电力公司投运，各方面都 十分优越，加拿大也正在研制1 2 0 k v ，2 0 0 m w 的i p c 设计。【l 】州 国内方面，电科院在动态物理模拟实验室中建立了f a c t s 控制器模型【| 1 ； 东北地区及广东省电力系统中，已有5 台s v c 在5 0 0 k v 电网运行，效果良好； 清华大学与河南省电力局合作研制的我国首台新型f a c t s 控制器用于2 2 0 k v 电 网的2 0 m v a r 的s t a t c o m ( a s v g ) 将运行于河南的2 2 0 k v 电网，以提高其控制 功率和控制电压能力、提高稳定性呻】【l ”。东南大学提出了一种可有效抑制区域 间振荡的新型f a c t s 装置f 1 2 】【1 ，华中理工大学在f ：a c t s 动态特性分析、f a c t s 元件协调控制及保护等方面做了研究u 4 】【l ”，上海交通大学在a s v g 、t c s c 控制 器的设计、f a c t s 仿真计算和理论分析等方面都做了深入的研究【1 6 l 【”1 i ”】。 1 2可控串联补偿 1 2 1 常规串联补偿 常规串联补偿系统是在输电系统中串入以电容器为主的可变阻抗来补偿系 上海交通大学硕士学位论文 统的无功功率，提高输电效率。如果忽略输电线路电阻，线路的传输功率如下式 所示：n 9 1 矿矿 气= 笋s i n h 由上式可以看出，减小j o 可以提高线路的传输功率，因此在线路中串入电 容可以有效地减小j 乞，缩短线路的电气距离，从而提高线路上的传输功率，同 时通过串联电容的投切，可以在一定程度上实现系统潮流的合理分配，减少损耗， 而且串联电容的投资比起其它方案要小的多，可以明显提高经济性。如果不考虑 其它的因素，线路上的传输功率可以通过串联适当的电容达到理论上线路的极限 热容量。 在超高压远距离输电系统中采用串联电容补偿技术是提高输电线路传输能 力和改善线路运行情况的一种经济而有效的方法。例如山西阳城电厂至江苏淮阴 5 0 0 k v 送出工程一期规划中，在东明至三堡双回线三堡侧就采用了每回4 0 串 联电容补偿。但是采用后也给电力系统运行带来一些新的问题，其中之是可能 引发次同步谐振( s u b s y n c h r o n o u sr e s o n a n c e - - - s s r ) ，从而导致汽轮发电机组轴系 扭振和低于正常系统频率的电气振荡。美国南部内华达州的莫哈夫( m o h a v e ) 火电站在1 9 7 0 年1 2 月和1 9 7 1 年1 0 月先后两次发生过这种严重事故，并导致发 电机转轴部分断裂。但是如果采用一定的控制策略来抑制和防止次同步谐振， 串联补偿依然是超高压远距离大容量输电系统的经济有效的补偿措施之一。 1 2 2 可控串联补偿概述 常规机械式串联电容补偿早已普遍应用，在灵活交流输电系统( f a c t s ) 概 念提出后，可控串联补偿( t c s c ) 立刻受到重视，是f a c t s 概念提出后的第一 个控制器。由于它直接串入输电线，而且本身的等效阻抗可以连续平滑地变化， 所以可以大范围、快速地调节线路正序电抗。另外还能经过本身的数据采集和监 控( s c a d a ) 系统实现远方阻抗和功率潮流调节，因此可平息地区性振荡并提 高暂态稳定性。美国e p r i 的1 0 年f a c t sr & d 计划中就包括了6 个t c s c 项 目，目前已有三处投入运行【8 】【9 l ：g e 公司承担的s l a t t 变电站5 0 0 k v t c s c 实验 工程、s i e m e n s 公司制造的k a y e n t a 变电站的2 2 0 k v 先进串联补偿( a s c ) 工 程和a b b 公司改建的k a n a w h ar i v e r 变电站单相串补投切工程。我国也己计划 在阳城至淮阴、天生桥至广州双回线的5 0 0 k v 输电系统中应用t c s c 技术。 上海交通大学硕士学位论文 t c s c 电路示意图如图1 - 2 所示。 图l 一2t c s c 模块电路示意图 f i g1 - 2c i r c u i td i a g r a mo f t c s c m o d u l e t c s c 模块主要由串联电容器c 和晶闸管控制的电抗器t c r 的并联电路组 成。模块还包括了作为过电压保护的氧化锌非线性电阻m o v 用以保护可控硅元 件。限流电抗器用于限制通过触发间隙和旁路开关的电容器放电电流。一个完整 的t c s c 系统往往由几个这样的模块串联而成，并且还可以与传统的串联电容一 起构成整个串联补偿以提高电力系统的性能。 t c s c 的工作原理与具有可变电抗的并联l c 电路相似，在并联l c 电路的 电感支路中串联一对反并联的晶闸管开关，对其进行相控，即改变晶闸管的触发 角a ，则可以改变电感支路的电流，即等效于改变电感支路感抗的大小，其变化 范围从x ，( 对应于a = 9 0 0 ，晶闸管全导通) 到无穷大( 对应于旺= 1 8 0 0 ，晶闸 管全关断) ，因此并联后整个t c s c 等值阻抗的性质和大小就可以通过控制晶闸 管触发角a 而改变，根据流过模块电流的大小和方向，整个t c s c 模块对外呈现 出容性或感性。 1 2 3t c s c 的基本运行方式 t c s c 模块有三种基本运行方式：全关断( b l o c k e d ) 模式、旁路( b y p a s s ) 模式 和微调( v e r n i e r ) 模式。l ”】【2 ”如图1 3 所示。 在全关断模式时，触发角= 1 8 0 0 ( 即晶闸管的导通角口= 0 0 ) ，晶闸管门极 没有触发信号，晶闸管开关一直不导通，整个模块阻抗就等于电容器容抗，与常 规串补相同。 在旁路模式时，触发角a = 9 0 0 ，理想情况下晶闸管的导通角口= 1 8 0 0 ，晶闸 管门极连续触发，晶闸管开关全导通。由于晶闸管支路中电抗的存在，模块成小 感抗性质。在t c s c 的应用中还存在一种“断路器旁路”模式，它是指跨接在 t c s c 上的断路器闭合时的情形。这两种旁路模式是性质和功能不同的模式，前 者是用来线路控制且和许多线路保护相关，后者是用来在线路中切除t c s c 或因 为t c s c 内部故障而采取的保护动作。 在微调模式时，晶闸管门极触发信号采用相控，晶闸管开关处于部分导通状 上海交通大学硕士学位论文 态，触发角a 1 8 0 0 ，整个模块性质取决于晶闸管导通程度。当晶闸管导通角 。 口 1 8 0 0 ( 口。为t c s c 并联谐振时的触发角) 时，模块为容抗调节模式； 当晶闸管导通角9 0 0 口 d i o ci o c t l c o d e 中的具体的 c a s e 选择相应的项执行需要的功能，因此r i n 9 3 层和r i n g o 层的交互还是十 分方便的。 d 、t i c k h a n d l e “) ：中断处理函数 该函数为中断处理函数，当m q 8 中断信号来临时，v x d 捕获此信号， 转而由t i c k h a n d l e r ( ) 完成1 6 路模拟信号的采集、转换、控制策略的制定以 及与应用程序通信等任务。具体流程为： 当一次中断发生时，将采样计数变量加1 ，然后通过选通采样通道、 上海交通大学硕士学位论文 a d 9 2 2 0 进行模数转换、读出采样数据并存储完成一路数据的转换。要采集 其它通道的数据，只需要修改送入模数通道选择芯片的数据就可以了，循环 一次就可以完成所有通道的数据采集转换工作。完成了模数转换后，根据事 先制定的控制策略判断系统的状态，根据系统状态计算晶闸管的触发角，转 换成时间后重新设定各计数器的整定值，从而控制晶闸管的导通和关断。 e 、其它函数 为了分别设定9 个8 2 5 3 定时器的计数初值，构造了一个全局函数 s e t t i m e r ( ) 。8 2 5 3 的初始化编程包括两个步骤：首先对计数器写入控制字， 然后写入计数初值，每个计数器都必须由c p u 写入控制字和计数初值后才 能开始工作。初始化时必须先写控制字，再写计数初值，这是因为计数初值 写入的格式是由控制字的d 5 和d 4 两位编码决定的。控制字格式如图3 5 所示。对于控制字的写入，在顺序上没有任何限制，输入顺序是完全独立的， 而写计数初值时，必须按控制字d 5 和d 4 规定的格式送计数值。 d 7d 6d 5d 4d 3d 2 d 1d o s c i 、s c 0 决定选择8 2 5 3 内3 个定时器中之一； r l l 、r l 0 决定计数初值的格式：8 位或者1 6 位； m 2 、m 1 、m 0 决定计数器的工作方式； b c d 决定计数初值输入的是b c d 码还是二进制。 图3 - 38 2 5 3 的控制字格式 f i g3 - 3c o n t r o lw o r df o r m a to f8 2 5 3 3 3 应用层软件的设计 3 3 1 界面应用程序概述 界面应用程序通过调用底层驱动程序实现对整个系统的控制，用c + + 【3 0 1 编 程实现，其主要功能包括：选择同步信号、选择控制策略、选择采样的频率，开 环控制时的触发角、采样波形的实时显示，还有如对于特定f o 端口的读写，波 形的存储等功能。在w i n d o w s9 x 中，如果在r i n 9 3 层中对底层硬件直接操作， 则难以满足其实时性要求，现在通过向底层的驱动程序发出相应的控制命令，由 v x d 完成相应的功能。界面控制程序和底层驱动程序都由v i s u a lc * 完成。v i s u a l c + + 口”作为w i n d o w s 系统平台上最强大的应用程序开发系统，可以完成各种各 上海交通大学硕士学位论文 样应用程序的开发，从底层软件直到上层直接面向用户的软件都可以用v i s u a l c + + 来完成开发。整个t c s c 的控制系统都是用其完成的，从底层v x d 的开发 到r i n 9 3 层控制界面。c + + 作为一种面向对象的语言，用它编写的基于w m d o w s 的程序和原来基于m s - d o s 的程序之间有一个最根本的区别，即m s - d o s 程序 是通过调用操作系统的功能来获得用户输入的，而咖o w $ 程序则是通过操作 系统( o s ，o p e r a t i o ns y s t e m ) 发送的消息来处理用户的输入，一言以蔽之， w l n d o w $ 系统是以消息为基础，以事件驱动的操作系统，所以了解n n d o w s 系 统的消息机制对于编写w i n 3 2 的程序十分重要。 3 3 2 w i n d o w s 系统的消息机制 w i n d o w s 程序的进行依靠外部发生的事件来驱动，即程序不断等待任何可能 的输入，然后做判断，继之做适当的处理。“输入”是由操作系统捕捉到之后， 以消息形式( 一种数据结构) 进入程序之中，正如图3 3 所示，u s e r 模块掌管各 个外围的驱动程序，它们各有侦测循环。可以捕获外围设备( 如键盘和鼠标) 所 发生的事件。 图3 - 3w i n d o w s 程序的本体与操作系统之间的关系 f i g3 - 3 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw i n d o w sp r o g r a ma n d o p e r a t i o ns y s t e m 上图所示的为w i n d o w s 程序本身和操作系统之间进行消息传递的示意图。如 果对应用程序获得的各种“输入”进行分类的话，可以分为由硬件装置所产生的 消息( 如鼠标移动或键盘按下等) ，放在系统队列( s y s t e mq u e u e ) 中。以及由 w i n d o w s 系统或其它w i n d o w s 程序传送过来的消息，放在程序队歹l j ( a p p l i c a t i o n 上海交通大学硕士学位论文 q u e u e ) 中，程序通过a p i 函数g e t m e s s a g e ( ) 来取得一个消息，程序的生命就靠消 息的循环来推动。 在一个消息的循环过程中，当消息发生的时候，操作系统已经根据当时状态， 为它表明了所属窗口，而窗口所属的窗口类已经明白地标示了窗口函数，所以系 统分派消息的函数d i s p a t c h m e s s a g e ( ) 经过u s e r 模块的协助，最终把消息交到 窗口函数手中。 当消息循环中的d i s p a t c h m e s s a g e ( ) 通过u s e r 模块的协助，送到该窗口的窗 口函数中以后，窗口函数通常利用s 、) i ，i t c h ，c a s e 方式判断消息种类，以决定处置 方式。 简而言之，w i n 3 2 应用程序的整个流程如下：在程序进行过程中，消息由输 入装置，经由消息循环的抓取，源源传送给窗口并进而送到窗口函数中去。【”1 3 3 3 v i s u a i _ 的消息机制 在s u a lc + + 中，m f c ( m i c r o s o f tf u n d a m e n t a lc l a s s ) 替编程用户封装了许多 具体消息的细节，消息会循着a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k 规定的路线，游走于各个对 象之间，直到找到它们的归宿一一消息处理函数。找不到的话，f r a m e w o r k 最终 就把它交给默认的处理函数去处理。当用v i s u a lc _ 件开发w m d o w s 应用程序时， 所有的事件都可以通过消息映射图( m e s s a g em a p ) 来处理。“消息映射”是m f c 内建的一个消息分派机制，只要利用几个宏以及固定形式的写法，类似填表格， 就可以让f r a m e w o r k 知道，一旦消息发生，该循哪一条路传送，每一个类只能 拥有一个消息映射表格。 3 2 1 在t c s c 控制界面的应用程序( 图3 - 4 ) 中，当应用程序运行后，首先执行 初始化的过程，调用c r e a t e w i n d o w ( ) ，为程序建立了一个窗口。c r e a t e w i n d o w ( ) 产生窗口之后会送出w mc r e a t e 直接给窗口函数，由窗口函数在此时做些初 始化操作，包括调用c r e a t e f i l e ( ) 函数打开已经编译生成的v x d 驱动程序，获得 v x d 的句柄，然后作判断，判断句柄是否有效，再做出相应的处理，并且通过 d e v i c e l o c o n t r o l ( ) 函数和底层v x d 发生交互作用，其实本质上也就是和v x d 中 的o n w 3 2 d e v i c e l o c o n t r o l ( ) 函数进行通信。当窗体创建成功以后，控制界面就能 响应用户对窗体的各种操作，比如键盘的输入、鼠标的选择等事件，从而执行需 要的操作。当底层驱动程序需要反馈信息给控制程序时，它可以通过 p o s t m e s s a g e ( ) 函数和r i n 9 3 层的程序交互，应用程序就可以响应其消息并且执行 相应的代码。可见通过操作系统和v i s u a lc + + 两者的消息机制，使得用户层和底 层驱动程序之间的交互变得十分便捷，既保持了实时性，又体现了操作的灵活性。 上海交通大学硕士学位论文 3 3 4 控制程序的具体实现 应用程序执行后，首先在构造函数中完成初始化的工作，如上所述，包括获 得v x d 的句柄、传送自己的旬柄给v x d 等操作。在初始化工作完成后，用户就 可以通过界面应用程序的操作完成整个系统的控制功能。 图3 - 4t c s c 控制台 f i g3 - 4t c s cc o n s o l e 整个系统的控制功能有如下几个部分： 辅助电平的控制 通过“控制”和“全开”两个按钮可以置辅助电平为“1 ”或者“0 ”，实现 晶闸管的全关断或全导通，起到保护晶闸管的目的。在实验中可以手动或者由程 序通过设置数字输出端口的数值来控制。 控制方式的选择 通过c o m b o b o x 控件设定初始选项，实际控制中用户只需要通过下拉框进行 选择，界面应用程序就会发出相应的命令给v x d 驱动程序，控制策略的具体实 现是在v x d 的t i e k h a n d l e r ( ) 函数中实现的，实际上应用程序是根据选项的不同 发送不同的整数给v x d ，v x d 就可以根据值选择对应的控制方式了。 选择分频数 上海交通大学硕士学位论文 实验中通过改变c m o s 中的设定值而改变采样的频率，如果采用8 k h z 的采 样频率的话，则每个工频周期有8 0 0 0 5 0 = 1 6 0 点，可以满足实际需要。同样可 以根据实际需要确定采样和分频值，采样频率直接在v x d 中修改得到，分频值 通过在应用程序中改变从而给v x d 发送相应的消息采取对应的处理程序。 选择同步信号 可以选择线路电流作为控制系统的同步信号，也可以选择t c s c 模块电容两 端的电压作为同步信号，同步信号的选择可以通过单选框，当选定电流或电压作 为同步信号时，应用程序给v x d 发送与g r o u pb o x 控件相关变量改变的消息， v x d 就可以根据此改变控制的方式。 与定时器相关的一组控制方式 在t c s c 的控制中，三相六个晶闸管独立控制，根据确定的控制策略确定晶 闸管的导通角，转换成定时时间，将设定值输送给六个定时器，当定时器计数满 以后，发出触发脉冲，经过触发器送给晶闸管，从而控制晶闸管的导通或关断状 态。通常情况下6 个定时器都会投入工作。控制器中用到的i n t c l8 2 5 3 定时器有 6 种工作方式一一计数结束发中断请求、可编程单脉冲输出、脉冲信号发生器、 方波发生器、软件触发选通、硬件触发选通，其具体的工作原理详见附录一，根 据需要选择适当的工作方式。为了避免在系统发生故障而大幅度振荡时损坏晶闸 管，控制台中设置了闭锁功能。由于晶闸管正常工作范围为o o 岱 1 8 0 0 ，所以只 要将导通角设定为大于1 8 0 0 的值( 例如2 0 0 0 ) 就可以可靠地闭锁晶闸管。 采样波形的显示、存储等 采样得到的1 6 路信号可以通过控制界面实时地进行显示，做出定性的观察 和比较，以判断当时的系统状态。控制界面允许选取任意的采样通道进行观察， 也可以记录想要的数据以便日后分析之用。 综上所述，控制器的软件实现采用r i n 9 0 层驱动程序+ r i n 9 3 层应用程序的 构架，驱动程序和应用程序之间可以互相传递数据，协调工作，满足实时和操作 友好的目的。整个系统的流程和消息传递详见附录二。 上海交通大学硕士学位论文 第四章可控串联补偿系统动模实验 4 1系统接线图 动态模拟实验系统的一次接线如图4 1 所示，是一个单机无穷大双回线系统。 串联补偿的电容器装设在输电线路的中间，第一回线路采用常规串联补偿，补偿 度为4 2 4 ；第- n 线路采用可控串联补偿，在全关断模式( 可控硅闭锁) 时补 偿度也是4 2 4 ，与回线1 相同。 【”1 图4 - 1 动态模拟实验一次接线图 f i g4 - 1s y s t e md i a g r a mo f p h y s i c a ls i m u l a t i o n 动态模拟实验系统的参数如下： 发电机： s = 4 3 7 3 v a ，c o s p - - - - 0 8 5 , m = 6 8 ，x t = o 1 6 2 为= 1 8 1 3 ，如= 0 2 4 7 ，x d ”；0 1 7 1 ，乃= o 1 0 6 ，乃”= 0 0 4 6 21 8 1 3 ，x g = 0 2 4 7 ，z g ”= o - 1 7 1 ，乃。；o 1 0 6 ，”= 0 0 4 6 变压器： s = 4 3 7 3 v a ，l c = 1 8 0 5 5 0 ，u = o 8 6 2 8 2 ，= l1 4 3 4 输电线路： 第一回线路： z t l l = 4 2 5 0 + j 3 8 4 d ，z t l 2 = 4 2 5 0 + j 3 8 4 q ，x c = - j 3 6 0 3 2 第二回线路( t c s c 闭锁时) ： z t 2 1 = 4 2 5 0 + j 3 8 4 q ，z 1 2 2 = 4 2 5 0 + j 3 8 4 q ，肖m = 一，3 6 0 3 q t c s c 模块： k = 一j 3 6 0 3 q ( c = 8 8 3 5 u f ) ，j ，t m = ，5 8 5 q ( l = 1 8 6 m h ) 4 1 上海交通大学硕士学位论文 毫戆线圈； r = 0 3 q 可按硅选用普通型，参数为8 0 0 v 3 0 0 a 。 系统正常运行时，发电机经过变压器和敝回线路向无穷火系统邀电。故 簿煮设爱在第一器线路拳鼷变藤嚣毫压铡。 4 2阿控串联誊卜偿系统羧制策珞的设计 在实验中，既可以采用线路魄流，也可以采用电容两端的电压佟为嗣步信号， 健是通过数值仿真和动模寅骏发现，系统发生故障的暂态过程中，t c s c 模块的 毫密电器噻交较大，鞋瑟淹阏步信号会造藏魅发壤度数下降。特麓怒爨愆s c 强 补时，爨予触发角接近模坟豹谐援区，t c s c 的黻抗曲线很陡，魄较小麴触发误 差瞧会造成t c s c 的阻抗壤较大的误差，觚箍对系统产生魄较太豹影响，因此在 实验中采用畸变比较小的线路电流作为同步信号。 同时，在线路1 发生故障副故障清除这一时间段中，无论是t c s c 模块的电 褰惫蘧，逐是线路奄滚郡簿缀多瓣薅交。鼹莱梵辩霹控率耱淤筵隽溪疹傣号会导 致魏疑瓣失误，哥艉捷莓羧疆楚予不歪确蕊导逶状态，嫒缛齄发谈麓较大甚至发 生误触发，有可能使系统髓动态特性进一步恶化。并且，此时串补嘏容上有严重 的过电聪，可控硅回路会发擞过流，其电压电流的幅值将会达到正常逡行时的几 僚几十倍，如粱没有特殊的保护措施，将会损坏器件l 蚓【，7 1 因她，在线路效 薄至甥狳这一段瓣瓣内，艨傻t c s c 模块戆氨黪巨鼹全关瑟或全警逶，送榉t c s c 就不会受弱畸变的丽步僖譬的影响，t c s c 酌兰辩运行方式详觅l + 2 3 ，全导逶对 串补电容旁路，可戳傈护穰容，她对t c s c 莹感健运行：全关断时褶强予常规串 补，与全静遥的方式相比，众关断更有利于系统的动态稳定，所有猩实验中采用 故障时全燕断的方式，此时霈黉注意电容两端的过电压保护。 实验孛采孺静控裁繁臻海( 廷考虑容毪嚣运露戆德嚣) ： 当发苎芝敖薄瓣，曩：s c 瓣镶 放障切除后：功角和转遂问号时，t c s c 强补； 功角和转速昴号时，t c s c 闭锁。 实验系统采用线路电流搏为网步信号，歼邵控制。功角由功角仅测融，其大 小为发电极和无穷大电源的辐饿差；转速垂发电机测速磁头得到，褥缎_ 过频率电 嚣转换褥翔。 上海交通大学硕士学位论文 4 3动模实验分析 4 3 1 不对称故障 不对称故障实验条件为： 正常运行时可控串补闭锁，两匮线路的补偿度相同； 故障点设在升压变压器的高压侧，常规串补线路的始端，故障后一定时间永 久切除该线路： 不采用稳定控制时，t c s c 闭锁；稳定控制时，从故障开始到切除期间t c s c 闭锁，故障切除后投入控制。 实验情况为单相短路接地、两相短路和两相短路接地，比较不采用和采用 t c s c 控制策略两种情况下动模实验的结果。图中曲线分别代表发电机功角万、 转速国、t c s c 电容电流i c 、电感电流丘和电容两端电压c ，c 。每次实验前调节 发电机出力，使得故障后如果t c s c 闭锁系统将失步。( 故障发生在0 s ) 单相短路接地 a ) 故障后t c s c 闭锁 mt c s cb l o c k e da f t e rd e f a u l t 6 k l 气 上海交通大学硕士学位论文 5 西 i c | l u c t ( s ) b ) 故障着t c s c 投入控制 b 1t c s cc o n t r o l sa f t e rd e f a u l t 图3 - 2 攀稻短路接遗故障对的波形 f i g3 - 2w a v e f o r mo fs i n g l ep h a s eg r o u n df a u l t 葶穗短路接魏箕馥障裙为c 裙，蠹：f 萃穗敌障对系统的扰动较小，掰以可 以适当延长故障临界切除时间至o ，4 s 。 嚣鞠短路 6 m l c l l a ) 故障后t c s c 闭锁 鼬t c s cb l o c k 积a f t e rd e f a u l t 上海变透大学硕士学位论文 b ) 故障后t c s c 投入按制 b 、t c s cc o n l r o l sa f t e rd e f a u l t 熬3 3 鼹穗短路教簿霹黪波形 f 适3 0w a v e f o r mo f t w op h a s e sf a u l t 鬻期短路故障辩，b e 鞠故障，敖障对阉是o 2 s 。 两相短路接地 5 u c a ) 蔹漳露聪s e 瓣谈 a ) t c s cb l o c k e da f t e rd e f a u l t 上海文遴天学硕士学位论文 | l 一” 一k ir ” w h l t s ot 毒鼬 #| 哪嗍州州懒晰m 嗍脚蝴m 州俐懒 。们0 5 0 ，5 2 - 0 | 删删啡榔愀酬蝴黼 o 屉。j sl i o 5 未o il 删删舢州m 忡洲忡删帅哪卅 。0 1 ，r p ，r _ ，t l 0壹00 锵。 52 0 镰| 删蝴删燃黔懒蝴湖粉删麟僦 。卜r 啪_ r f 删t r 十 色o0 0 。os 2 垂 t s ) 器) 故障藤t c s c 投入控糊 转) 粥s cc o n t r o l sa f t e rd e f a u l t 潮3 4 两糨短路接媳译尊的波澎 f i g3 - 4w a