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研究生:廖京桓
研究生(外文):Jing Huan Liau
論文名稱:多微處理機架構配電型靜態補償器之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Multi-Microprocessor
指導教授:張偉能
指導教授(外文):W. N. Chang
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
論文頁數:157
中文關鍵詞:配電型靜態補償器靜態虛功補償器
外文關鍵詞:DSTATCOMSVC
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本論文使用模組多微處理機架構,研製一適用於配電端虛功補償能力之Δ接線配電型靜態補償器(Δ-Connected DSTATCOM)。文中首先推導配電型靜態補償器的補償理論,接著經由電路模擬軟體Matlab/Simulink模擬確認補償效果與整體電路架構的正確性。最後使用多TMS320LF2812晶片進行模組化配電型靜態補償器之數位設計與實現,並經由實測驗證其功能符合要求。
This thesis proposes the design and implementation of a modular Δ-Connected DSTATCOM with multi-microprocessor structure that is applied to power factor correction in distribution systems. First, the compensation scheme of the DSTATCOM is derived. Then, simulation is made with the Matlab/Simulink program to evaluate the effectiveness of the DSTATCOM on load compensation. Accordingly, a hardware prototype is built by using Multiple DSP TMS320F2812-based controllers. Finally experimental results are given for verification.
目 錄
第一章 緒論
1.1 研究背景與動機………………………………………………1
1.2 章節概要 …………………………………………………3
第二章 多階配電型靜態補償器的工作原理
2.1 介紹 … ………………………………………………………….......… 4
2.2 靜態補償器之比較分析 ……………………………………….......… 5
2.3 靜態補償器之架構介紹 …………………………………………........7
2.3.1 SVC架構分類 ……………………………………………........8
2.3.1.1 閘流體控制電抗器 ……………………………........…8
2.3.1.2 閘流體開關電容器 ……………………………........…8
2.3.1.3 TCR-TSC型 …………………………………........…9
2.3.2 脈波調變之靜態補償器 …………………………........………11
2.3.3 多階架構之靜態補償器 ……………………........……………12
2.3.3.1 二極體箝制式變流器 ………………………........…12
2.3.3.2 飛輪電容分壓式變流器 ………………………........…13
2.3.3.3 隔離式H-bridge變流器 ……………………..........…14
2.4 配電型靜態補償器基本工作原理 …………………………........……16
2.5 配電型靜態補償器之控制方法 ………………………………........…18
2.6 小結 …………………………………………………………........…20
第三章 配電型靜態補償器的設計與模擬驗證
3.1 介紹 …………………………………… ……………………........……21
3.2 配電型靜態補償器之設計 … …………………………………........…22
3.3 三相平衡與不平衡負載補償之控制法則推導 … ………………........28
3.4 即時 、 、 量測方法 …………………………………........……33
3.5 三相系統補償之模擬驗證 ……………………………........……41
3.6 小結 ……………………………………………………………........…50
第四章 配電型靜態補償器硬體架構與軟體規劃
4.1 介紹 ……………………………………………………….......………51

4.2 配電型靜態補償器之硬體架構 ……………………………….......…52
4.3 主控制器與僕控制器週邊電路實現 …………………………........…54
4.3.1 電壓隔離放大器電路與A/D前端之電壓位移電路 ...... ….....…54
4.3.2 電源供應電路 ………………………………........………………55
4.3.3 PWM控制的D/A電路 … …………………………........……56
4.3.4 隔離驅動模組 ………………………… ………........…………58
4.4 TMS320F2812介紹 ………………… …………………........………62
4.4.1 TMS320F2812架構 ……… …………………………........……62
4.4.2 TMS 320F2812 DSK記憶體介紹 …………………........……66
4.4.3 DSP軟體工具Code Composer Studio(CCS) ………........…73
4.5 控制程式流程規劃 …………………………………........…………79
4.5.1 Timer初始化設定 ………………………………........…………79
4.5.2 I/O初始化設定 ……………………………………........………82
4.5.3 A/D初始化設定 …………………………………........………90
4.5.4 脈波寬度調變(PWM)設定 …………………………........……95
4.5.5 中斷(Interrupt)設定 ……………………………………........…98
4.6 控制程式流程規劃 …………………………………….......……… 104
4.6.1 主控制器程式規劃 …………………………………….......… 104
4.6.2 僕控制器程式規劃 …………………………………….......… 106
4.7 小結 ………………………………………………….......………… 111
第五章 實測結果
5.1 介紹 ……………………………………………….......…………… 112
5.2 實測結果 ………………………………………………………....... 113
5.2.1 單相系統補償 ……………………………………………........114
5.2.2 三相系統補償 ……………………………………………........117
5.3 小結 ……………………………………………………………........128
第六章 總結與建議
6.1 總結 ……………………………………………………………........129
6.2 建議 ……………………………………………………………........130
參考文獻 …………………………………………………………………........131
附錄A …………………………………………………………………….........A1

圖 目 錄
圖2.2.1 靜態虛功率補償器(SVC)之等效電路圖 ………………………......5
圖2.2.2 靜態補償器(STATCOM)之等效電路圖 ………………………......6
圖2.3.1 靜態補償器架構分類圖 ………………………………………......7
圖2.3.2 閘流體控制電抗器(TCR)架構 ………………………………..........8
圖2.3.3 閘流體控制電容器(TSC)架構 …………………………………....9
圖2.3.4 TCR-TSC型靜態虛功率補償器架構圖 ………………………....10
圖2.3.5 TCR-TSC型靜態虛功率補償器的V-I特性 …………………......10
圖2.3.6 VSI型靜態補償器架構 …………………………………………....11
圖2.3.7 CSI型靜態補償器架構 …………………………………………....12
圖2.3.8 二極體箝位式換流器 …………………… ……………………....13
圖2.3.9 飛輪電容分壓式換流器 ………………....………………………14
圖2.3.10 H-bridge式換流器 ……………………………………………....15
圖2.3.11 靜態補償器的V-I特性 ………………………………………......15
圖2.4.1 配電型靜態補償器之等效電路 …………………………………....16
圖2.5.1 典型的配電型靜態補償器的控制方塊圖 … ……………………....18
圖2.5.2 直流電容電壓控制的配電型靜態補償器 ………………………....19
圖3.2.1 使用串疊式七階電壓源換流器的DSTATCOM
以 臂為例 …………………………………………………....22
圖 3.2.2 串疊式七階電壓源換流器輸出電壓、電流及三組全橋轉換
器輸出電壓波形 ……… …………………………………………....23
圖3.2.3 轉換器開關控制時序圖 …………………………………………....25
圖3.2.4 每個週期改變三組全橋轉換器導通角的順序圖 … ……………....26
圖3.2.5 Δ接線串疊式七階電壓源換流器 ………………………………....26
圖3.2.6 Δ接線配電型靜態補償器系統架構 ………………………….....27
圖3.3.1 配電型靜態補償器之三相三線式系統 ……………………….....28
圖3.3.2 P-Q偵測器線路連接圖 ……………………………………………....31
圖3.4.1 移動視窗示意圖 ……… … … … … … … … … … …... …… … ...… .. 35
圖3.4.2 全週型傅立葉濾波器之頻率響應圖( =377) ……………....…35
圖3.4.3 、 、 偵測器測試系統圖 … … … … … … … …….... … …37
圖3.4.4 、 、 偵測器內部電路架構 …… … …… ……… …… .…....37
圖3.4.5 、 、 偵測器模擬結果 ……………………………………....40
圖3.5.1 配電型靜態補償器控制系統方塊圖 ………………………........41
圖3.5.2 配電型靜態補償器模擬系統架構 ……………………………........42
圖3.5.3 配電型靜態補償器內部模擬架構 ……………………………........43
圖3.5.4 負載功因由0.8落後改變至0.8超前的暫態響應 …………........46
圖3.5.5 配電型靜態補償器輸出暫態響應模擬結果 … ………………........48
圖3.5.6 配電型靜態補償器各臂直流側電容電壓暫態響應 …………........49
圖4.2.1 主控制器硬體架構 ………………....……………………………....53
圖4.2.2 僕控制器硬體架構 …………………………………………….......53
圖4.3.1 電壓隔離放大器電路 …………………………………………........54
圖4.3.2 A/D前端之電壓位移電路 ……………………………………........54
圖4.3.3 +/-5V電源供應電路 …………………………………………........55
圖4.3.4 1.7V與3V電源供應電路 …… … .…… … … .… … … … … .… …........56
圖4.3.5 使用PWM控制的 D/A電路 … … … … … … … … … … … …........ 56
圖4.3.6 主控制板硬體實體圖 … ………………………………………........57
圖4.3.7 僕控制板硬體實體圖 …………………………………………........57
圖4.3.8 隔離與驅動電路 … …………………………………………........58
圖4.3.9 隔離驅動板的PCB 3D模擬電路圖 ………………………........59
圖4.3.10 隔離驅動板實體圖 ………………………………………….........59
圖4.3.11 三相配電型靜態補償器的實體架構 ……………………….........60
圖4.3.12 完整實體架構 ……………………………………………….........61
圖4.4.1 TMS320F2812功能方塊圖 ………………………………........62
圖4.4.2 F2812實驗板圖 ……………………………………………........63
圖4.4.3 TMS320F2812記憶體配置圖(Memory Map) …………….......66
圖4.4.4 JTAG連接裝置 ……………………………………………........73
圖4.4.5 Code Composer Studio Setup設定視窗畫面 ………………........74
圖4.4.6 更改I/O port 值為378 ……………………………………….....74
圖4.4.7 Add Single至Processors on Board ………………………........75
圖4.4.8 按下Finish即完成Code Composer 設定 …………………….......75
圖4.4.9 Tools>>On-Chip Flash Programmer … …………………….......76
圖4.4.10 程式輸出檔(.out) ………………………………………….........77
圖4.4.11 點選Flash Programmer Settings ………………………………......77
圖4.4.12 FlashAPIInterface2812V2_10.out輸出檔 ………………….........78
圖4.4.13 Execute Operation執行Flash 燒錄 ……………………….........78
圖4.4.14 燒錄成功訊息 ……………………………………………….........78
圖4.5.1 CPU-計時器功能方塊圖 ……………………………………........79
圖4.5.2 CPU-計時器中斷信號與輸出信號方塊圖 …………………........80
圖4.5.3 GPIO/週邊接腳多工示意圖 …………………………………........82
圖4.5.4 類比/數位轉換器(ADC)功能方塊圖 ……………………........90
圖4.5.5 類比/數位轉換器(ADC)單排序器模式 …………………........93
圖4.5.6 類比/數位轉換器(ADC)雙排序器模式 …………………........93
圖4.5.7 PWM波形產生圖 ……………………………………………........95
圖4.5.8 比較單元啟動PWM電路功能方塊圖 ………………………........96
圖4.5.9 TMS320F2812中斷架構圖 …………………………………........98
圖 4.5.10 中斷旗標暫存器(IFR) ………………………………….........102
圖 4.5.11 中斷致能暫存器(IER) b ……………………………………........102
圖 4.6.1 配電型靜態補償器主控制器程式流程圖 …………………........104
圖4.6.2 正、餘弦分量取得程式流程圖 ……………………………........105
圖 4.6.3 配電型靜態補償器僕控制器程式流程圖 ……………….........106
圖4.6.4 串聯型 IIR濾波器架構 ……………………………………........107
圖4.6.5 二階串聯型 IIR濾波器架構 ………………………………......108
圖4.6.6 連續P-I控制器方塊圖 ……………………………………........109
圖4.6.7 離散P-I控制器方塊圖 ……………………………………........109
圖5.2.1 實際測試系統架構圖 ……………………………………........113
圖5.2.2 切換前電源電壓、電源電流與負載電流實測波形 ……….....115
圖5.2.3 切換時電源電壓、電源電流與負載電流實測波形 ………........115
圖5.2.4 負載切換的補償暫態波形波形圖 ………………………........116
圖5.2.5 直流鏈電壓波形圖 ………………………………………........116
圖5.2.6 切換前三相電源電壓實測波形 …… … …… … … … … …........ 117
圖5.2.7 切換前三相電源電流與負載電流實測波形 ……………........118
圖5.2.8 切換後三相電源電壓與電流實測波形 …………………........119
圖5.2.9 切換後三相電源電壓與負載電流實測波形 …………….........119
圖5.2.10 三相電源電壓與電流補償動態波形 ……………………........ 120
圖5.2.11 三相補償器補償電壓與補償電流之波形 ………………........ 121
圖5.2.12 三相補償器輸出電壓、輸出電流與三組直流鏈電容電壓 ….122
圖5.2.13 補償器輸出切換波形 ……………………………………….........123
圖5.2.14 三相補償器之補償虛功命令 ……………………………........ 125
圖5.2.15 三相負載之實功率與虛功率波形圖 ……………………........ 127

表 目 錄
表4.4.1 F2812連接對照表 (Connector)………………………………........63
表4.4.2 週邊框架0對照表(Peripheral Frame 0) ……………………........67
表4.4.3 PIE中斷向量對照表(PIE Vector) ……………………………........68
表4.4.4 週邊框架1對照表(Peripheral Frame 1) ……………………........70
表4.4.5 週邊框架2對照表(Peripheral Frame 2) ……………………........70
表4.4.6 Flash位址(Flash address) …………………………………........72
表4.5.1 計時器與控制相關暫存器 …………………………………....... 80
表4.5.2 GPIOA與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........85
表4.5.3 GPIOB與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........86
表4.5.4 GPIOD與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........86
表4.5.5 GPIOE與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........87
表4.5.6 GPIOF與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........88
表4.5.7 GPIOG與週邊功能(Peripheral Frame2)設定對照表 ………........ 88
表4.5.8 類比/數位轉換器(ADC)相關暫存器 …………………….......91
表4.5.9 CPU中斷向量 ………………………………………………........100
[1] T. J. E. Miller, Reactive Power Control in Electric System, John Wiley & Sons, New York, 1982.
[2] J. E. Hill and W. T. Norris, “Exact Analysis of a Multipulse Shunt Converter Compensator or Statcom,” IEE Proc.-Gener. Trans. Distrib, Vol. 144, No. 2, pp. 213-218, 1997.
[3] K. Bergmann, B. G. Friedrich, K. B. Stump, and W. H. Elliott, “Digital Simulation, Transient Network Analyzer and Field Tests of the Closed Loop Control of the Eddy County SVC,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 8, pp. 1867-1873, 1993.
[4] F. Z. Peng and J. S. Lai, “Dynamic Performance and Control of a Static Var Generator Using Cascade Multilevel Inverters,” IEEE IAS Annual Meeting, Vol. 2, pp. 1009-1015, 1996.
[5] Q. Chang and M. L. Crow, “A Cascaded Converter-Based StatCom with Energy Storage,” IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, Vol. 1, No. 2, pp. 27 –31, 2002.
[6] F. Z. Peng, J. W. McKeever, and D. J. Adams, “A Power Line Condition Using Cascade Multilevel Inverter for Distribute System,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.34, No. 6, pp. 1293–1298, 1998.
[7] F. Z. Peng, J. S. Lai, J. W. McKeever, and J. VanCoevering, “A Multilevel Voltage-Source Inverter with Separate DC Sources for Static Var Generation,” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 32, No. 5, pp. 1130–1138, 1996.
[8] S. H. Yong and T. J. Allan, Flexible AC Tansmissionstem(FACTS),
The Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom,
1999.
[9] R. M. Mathur and R. K. Varma, Thyristor-Based Facts Controllers for Electrical Transmission System, IEEE Press, 2003.
[10] 陳信豪,「以新型浮點運算數位信號處理器TMS320C6711與CPLD設計與製作具串聯多階電壓源轉換器架構之靜態同步補償器」,長庚大學,碩士論文,民國93年7月。
[11] ANSI/IEEE, IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution in Industrial plant, IEEE Std. 141, 1986.
[12] D. Shen and P. W. Lehn, “Modeling, Analysis, and Control of a Current Source Inverter-Based STATCOM,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 17. No. 1, pp. 248-253, 2002.
[13] M. Tolbert, F. Z. Peng, and T. G. Habetler, “Multilevel PWM Methods at Low Modulation Indics,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 15, No. 4, pp. 719-725, 2000.
[14] W. Min, J. Min and J. Choi, “Control of STATCOM Using Cascade Multilevel Inverter for High Power Application,” IEEE International Conference on Power Electronics and Drive System, Hong Kong, Vol. 2, pp. 872-876, 1999.
[15] Q. Chang and M. L. Crow, “A Cascaded Converter-Based Statcom with Energy Storage,” IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, Vol. 1, No. 2, pp. 27-31, 2002.
[16] M. Wanki, M. Joonki, and C. Jaeho, “Control of STATCOM Using Cascade Multilevel Inverter for High Power Application,” IEEE Conference on Power Electronics and Drive System, Vol. 2, pp. 871-876, 1999.
[17] L. M. Tolbert, F. Z. Peng, T. Cunnyngham, and J. N. Chiasson, “Charge Balance Control Schemes for Cascade Multilevel Converter in Hybrid Electric Vehicles,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 49, No. 5, pp. 1058-1064, 2002.
[18] S. Y. Lee, C. J. Wu, and W. N. Chang, “A Compact Control Algorithm for Reactive Power Compensation and Load Balancing with Static Var Compensator,” Electric Power System Research, Vol. 58, No. 2, pp. 63-70, 2001.
[19] C. Schauder, M. Gernhardt, E. Stacey, T. Lemak, L. Gyugyi, T. W. Cease, and A. Edris, “Development of a ±100MVAr Static Condenser for Voltage Control of Transmission System,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 10, No. 3, pp. 1486-1496, 1995.
[20] Texas Instrument, TMS320F/C2407 DSP Controllers Reference Guide, 2002.
[21] Rulph Chassaing, DSP Applications Using C and the TMS320C6x DSK, John Wiley & Sons, Inc., 2002.
[22] 曾炅文,「以IEEE Standard 1459-2000規範製作數位電錶」,長庚大學,碩士論文,民國94年7月。
[23] 廖仁偉,「即時諧波電力參數偵測器之數位設計實現」,長庚大學,碩士論文,民國95年7月。
[24] 簡宏彥,「三相△接線配電型靜態補償器之研製」,長庚大學,碩士論文,民國96年7月。
[25] F. Z. Peng and T. G. Habetler, “Multilevel Converters for Large Electric Drives,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 35, No. 1, pp. 36-44, 1999.
[26] M. K. Mishra, K. Karthikeyan, and P. K. Linash, “A development and implementation of DSP based DSTATCOM to compensate unbalanced nonlinear loads,” IEEE Power India Conference, 2006
[27] H. Akagi, S. Inoue, and T. Yoshii, “Control and Performance of a Transformerless Cascade PWM STATCOM with Star Configuration,” IEEE Transactions on Industry Applcation, Vol. 43, No. 4, pp. 1716-1723, 2007.
[28] M. Saeedifard, H. Nikkhajoei, and R. Iravani, “A Space Vector Modulated STATCOM Based on a Three-Level Neutral Point Clamped Converter,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 22, No. 2, pp. 1029-1039, 2007.
[29] K. Li, J. Liu, Z. Wang, and B. Wei, “Strategies and Operating Point Optimization of STATCOM Control for Voltage Unbalance Mitigation in Three-Phase Three-Wire Systems,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 22, No. 1, pp. 413-422, 2007.
[30] S. George and V. Agarwal, “A DSP-Based Control Algorithm for Series Active Filter for Optimized Compensation Under Nonsinusoidal and Unbalanced Voltage Conditions,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 22, No. 1, pp. 302-310, 2007.
[31] S. Hirve, K. Chatterjee, B.G. Fernandes, M. Imayavaramban, and S. Dwari, “PLL-Less Active Power Filter Based on One-Cycle Control for Compensating Unbalanced Loads in Three-Phase Four-Wire System,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 22, No. 4, pp. 2457-2465, 2007.
[32] Spectrum Digital Incorporated, eZdsp F2812 Techinical Reference, 2002.
[33] Texas Instruments, TMS320F28x DSP reference Guide, 2003.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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