1引言

全quan社she會hui日ri益yi增zeng長chang的de用yong電dian需xu求qiu和he電dian網wang輸shu配pei電dian能neng力li的de矛mao盾dun越yue來lai越yue突tu出chu。另ling外wai
，隨sui著zhe現xian代dai工gong業ye的de發fa展zhan，在zai配pei電dian網wang中zhong，一yi方fang麵mian，多duo種zhong幹gan擾rao工gong業ye負fu荷he，由you於yu其qi非fei線xian性xing、衝擊性和不平衡的用電特性，使供電網的電壓波形發生畸變，引起電壓的波動
、閃變以及三相不平衡，甚至引起係統頻率的波動，對電網的電能質量構成了嚴重的威脅；另一方麵，配電網中的許多用電設備
，例如計算機、醫用設備以及其它精密電子設備對供電係統的幹擾更加敏感，對電能質量提出了高可靠性、高暫態恒定性
、高可控性的要求。目前，大部分用於改善和提高電能質量的補償裝置都具有抑止電壓波動與閃變的功能^[1][2]
，利用晶閘管技術的靜止無功補償裝置(SVC)可以就地提供動態無功補償，是解決這些問題的經濟有效的措施。

TCR＋FC型SVC是SVC裝置最主要的型式，它的基本構成包括：閥組、冷卻係統
、相控電抗器
、控製係統、濾波器組。其中控製係統是SVC裝置的核心
，SVC補償功能的實現、安全穩定的運行、與其它設備的協調以及人機交互都是靠控製係統來實現的。SVC控kong製zhi係xi統tong在zai出chu現xian的de初chu期qi就jiu基ji本ben進jin入ru了le數shu字zi化hua時shi代dai。但dan是shi由you於yu電dian信xin號hao的de瞬shun時shi值zhi是shi交jiao流liu信xin號hao，控kong製zhi係xi統tong的de計ji算suan任ren務wu非fei常chang繁fan重zhong，早zao期qi的de微wei型xing計ji算suan機ji
，甚shen至zhi後hou來lai的de16位和32位微處理器(MPU)

，都無法滿足高速實時運算的要求
，因此早期的SVC控製係統基本采用了“模擬＋數字”的方法
，其主要思路是利用模擬電路實現無功功率和有功功率的計算和濾波處理，再將結果輸入數字計算機作進一步的處理^[3][4]，模擬電路＋單片機是其中一種很典型的實現方案，至今在工程中仍有一定的應用。

SVC控kong製zhi策ce略lve的de實shi現xian受shou微wei處chu理li器qi運yun算suan性xing能neng的de影ying響xiang非fei常chang大da，模mo擬ni和he數shu字zi相xiang結jie合he的de實shi現xian方fang案an也ye限xian製zhi了le更geng先xian進jin的de控kong製zhi策ce略lve的de實shi現xian
，所suo以yi模mo擬ni和he數shu字zi結jie合he的deSVC硬件平台上實現控製策略基本上是以平均功率理論為基礎的控製策略。這樣的硬件平台基本上無法實現以矩陣運算(坐標變換)為基礎的瞬時補償算法。

為提高SVC控製係統的性能和可靠性，在浙江大學、清華大學和SIEMENS A&D的支持下，順特電氣有限公司基於SIMATIC-TDC/SIMADYN-D的基礎上率先研發出了適用於惡劣工業環境下的高性能
、高可靠性的SVC控製係統，並在實際工程中得到了成功的應用。

2 SVC控製係統構成

SIMATIC-TDC控製器是SIEMENS公司近年來在SIMADYN-D的基礎上推出的新一代工業控製係統
，目前

，該控製係統已在大容量交-直流傳動得到了一定的應用
，已成為SIEMENS公司在工業控製領域實現大型係統實時控製的主推產品。與SIMADYN-D類似，SIMATIC-TDC控製係統采用多CPU並行處理結構，它的信號處理和算術運算能力十分強大
，處理器模板采用了64位RISC處理器
，基本采樣時間達到了μs級。SIMATIC-TDC采用了自由組態
、模塊化的設計思想
，使得係統的結構便於擴展。係統可以快速實現閉環和開環控製，算術運算以及係統監視和信號通信等功能。SIMATIC-TDC擁(yong)有(you)一(yi)套(tao)完(wan)整(zheng)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)思(si)想(xiang)模(mo)式(shi)，能(neng)夠(gou)保(bao)證(zheng)硬(ying)件(jian)可(ke)以(yi)廣(guang)泛(fan)地(di)滿(man)足(zu)各(ge)種(zhong)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。每(mei)個(ge)係(xi)統(tong)獨(du)立(li)的(de)插(cha)件(jian)板(ban)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)插(cha)入(ru)獨(du)立(li)的(de)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)。SIMATIC-TDC尤其適用於相關聯的大動力及高精度的控製係統
，適合於不同的交流、直流調速係統以及電力係統的控製和保護係統。

與SIMADYN-D比較起來，SIMATIC-TDC的性能更加卓越。與SIMADYN-D最大的區別是
，SIMATIC-TDC采用了符合VMEbus標準的64位總線，總線速度大幅度提高，因此不再有L-bus和C-Bus的區別。SIMATIC-TDC係統采用STEP/CFC組(zu)態(tai)語(yu)言(yan)，計(ji)算(suan)機(ji)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)十(shi)分(fen)的(de)友(you)好(hao)，易(yi)於(yu)操(cao)作(zuo)和(he)掌(zhang)握(wo)，適(shi)合(he)於(yu)從(cong)簡(jian)單(dan)到(dao)複(fu)雜(za)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)。簡(jian)單(dan)任(ren)務(wu)可(ke)以(yi)組(zu)態(tai)在(zai)一(yi)個(ge)功(gong)能(neng)包(bao)中(zhong)
，較(jiao)複(fu)雜(za)的(de)任(ren)務(wu)則(ze)由(you)幾(ji)個(ge)功(gong)能(neng)包(bao)共(gong)同(tong)來(lai)完(wan)成(cheng)。對(dui)於(yu)複(fu)雜(za)的(de)功(gong)能(neng)，是(shi)由(you)幾(ji)個(ge)過(guo)程(cheng)處(chu)理(li)器(qi)組(zu)合(he)在(zai)一(yi)個(ge)SIMATIC-TDC控製單元中來完成。更高級的係統可由幾個SIMATIC-TDC控製單元組合在一起，通過通訊線連接交換數據而達到設計要求。

SIMATIC-TDC采用的是實時操作係統(固定時隙25µs)

，采樣速度很快(最短100µs)
，其中A/D采樣轉換時間約為20µs
，D/A轉換輸出時間為4µs，D/I和D/O延時時間均為100µs
，測試證明完全滿足在0.5ms內完成從采集、計算到控製信號輸出的要求。強大的循環處理，高達5種采樣時間(T1~T5)，能夠進行處理周期性中斷(T0)和非周期性中斷(I1~I8八級中斷)任務。基於基本采樣時間T0，可以定義5種采樣時間的周期中斷任務(T1~T5)以處理不同實時性要求的任務，其中T1~T5與T0的關係是：

T_i = T0 * 2^j 

式中：1≤i≤5，0≤j≤15。該控製係統超高的采樣速度

，超快的運算速度
，超強的計算能力，從而保證SVC控製器響應時間隻受數字濾波器限製，速度達到10ms以內
，滿足設備要求。

將SIMATIC-TDC應用於SVC控製係統可以大大提高SVC裝置的性能和可靠性。同時該控製係統結構簡單合理、可以實現多種複雜的控製算法、響應速度極快。

順特電氣有限公司SVC控製係統使用CPU551實現主要的計算和開
、閉環控製任務
，人機界麵采用TP270係列觸摸屏。其中SIMATIC-TDC與水冷係統的通信采用Profibus-DP通信協議
；SIMATIC-TDC與人機接口(例如TP270)及遠方監控係統的通信采用了SIEMENS的MPI協議；SIMATIC-TDC與調試設備之間采用DUST1協議進行通信；SIMATIC-TDC與微機保護裝置的通信采用工業以太網。

SIMATIC-TDC實現的主要功能包括：進行信號的采集和處理、實現SVC的控製算法、實時計算TCR觸發角；實現SVC係統的開停機控製
；SIMATIC-TDC還要實現與晶閘管冷卻係統的通信以達到對冷卻係統的監控目的
；對晶閘管狀態進行監控；對微機保護裝置進行通信；對主電路進行監控。圖1為采用雙CPU結構SVC控製係統實現的基本功能。 圖2是在SIMATIC-TDC/SIMADYN-D中實現的負荷補償SVC控製框圖。圖3是順特電氣應用於工業產品的基於SIMADYN-D/SIMATIC-TDC的SVC控製係統外形圖。

圖1 基於SIMATIC-TDC/SIMADYN-D的SVC控製係統的控製功能