摘要: 在复杂的实时系统中,多任务处理是比较关键的环节,采用前后台的单任务控制方式已经不能满足要求,在高速数据采集系统中rs232明显是个瓶颈。 本文采用arm处理器技术、嵌入式实时操作系统技术和通用串行总线(usb)技术来完成tcsc实验系统控制器前置单元的实际开发。 实验表明,实际系统数据采集速度与设计时预期的结果基本一致,印证了在实时性较强,多任务,需快速传输数据的复杂系统中,引入嵌入式操作系统μc/os-ii及usb传输方式的优势和必要性。

　　关键词: 可控串联补偿电容( tcsc) ;嵌入式实时操作系统(μc/os-ii) ;arm;通用串行总线(usb)

　　可控串联补偿( tcsc) 是柔性交流输电系统( facts)概念提出后的第一个facts装置。 由于tcsc直接串入输电线路,可以连续、快速、大范围地调节线路阻抗(本身的阻抗从容性到感性变化) ,和其自身的数据采集与监控( scada)系统相配合,可以实现远方阻抗和功率潮流调节,平息地区性功率振荡,提高系统暂态稳定性,抑制次同步谐振。 本文通过一个在研项目——福建-华东电网互联的可控串补研究,详细介绍了可控串联补偿( tcsc)实验控制器的前置单元部分设计,以便于为实际决策提供完整、准确的实验数据。

　tcsc的稳态特性分析电路模型

　　tcsc的基本结构是固定的串补电容c并联一个由双向晶闸管(实际也可把两个单向晶闸管并联反接在一起)控制的电抗l ,图1所示为稳态分析用的tcsc模型:

它的运行模式有:

　　1) 晶闸管截止。 tcsc等同于固定串联补偿。

　　2) 晶闸管旁路。 在电流正或反方向流过vt时,双向晶闸管vt分别在180°范围内全导通,线路电流大部分通过l ,整个tcsc呈现小电抗特性。

　　3) 容性微调模式。 vt导通角较小,整个tcsc的阻抗呈现大于c本身的容抗特性。

　　4) 感性微调模式。 vt的导通角较大,整个tcsc的阻抗呈现感性电抗特性。

　　通过其运行模式可以看出,控制双向晶闸管vt的导通角可以改变lc环路导通电流,从而可以连续快速调整tcsc阻抗值而达到其控制目的。

　　实验控制系统由上位主机和前置控制单元组成,上位机主要负责系统分析,控制算法的确定。 前置单元实现高速数据采集,ad转换,与上位机快速传递数据及触发可控硅等多项功能。

　前置单元的需求分析

　　前置单元的在整个tcsc实验控制系统中主要完成以下3项工作。

　和上位机的通讯

　　前置单元通过usb接口和上位机通讯。 这个功能是其它两个功能的基础,要实现这一功能,需要设计设备端(前置单元)和主机端(上位机)的usb 软件,并定义上位机和前置单元间通讯的数据格式。

　数据采集

　　前置单元要采集从电流(电压)传感器输入的三相电流和三相电压,共六路数据。当上位机需要三相电流电压数据时,就发送命令给前置单元要求其开始采集数据,并设定所需采样的周期数。前置单元收到命令后立即开始数据采集,并通过usb把采集的数据按约定的格式送给主机。要实现六路采样功能,前置单元必须具备采样保持器、多路选择器和ad转换器。

　　数据采集的速度分析:因为上位机需要对电压电流信号进行高次谐波分析,所以数据采集的速度必须尽量快。s3c44b0x自带的ad最高采样频率为100 ksps(10μs一次) ,加上其多路选择器的切换时间为15μs,实际的最快采样速度为25 μs一次。这里选择每0.2 ms对三相电压和三相电流各采样一次,即每33μs采样一个数据。这样每个周波可以采样100 次,可以分析到5～7次谐波。

三相晶闸管的触发控制

　　上位机计算出合适的晶闸管导通角并通过usb传给前置单元,前置单元使用此导通角发出晶闸管触发信号。要实现此功能,前置单元必须具有3路电压过零监测器和晶闸管触发电路,如图2所示。

　硬件设计

　　单元硬件电路的核心部分采用51eda和勤研公司联合研制的44b0x开发板。 该开发板使用samsumg s3c44b0x处理器,并集成了其它外部设备,主要包括2 mb16 位数据宽度的线性flash( sst39vf160) , 10m tcp / ip 接口(rtl8019 ) , usbdevice接口( philip s pd iusbd12) ,lcd接口, 7路adc输入,两路标准rs232接口等等。此外,根据课题需要在设计中还自行扩展了过零检测电路,采样保持电路和可控硅触发电路。

　

　微处理器samsung s3c44b0x介绍

　　一款基于arm7tdm i内核的32位的高性能r isc处理器。 支持16位thumb和32位arm双指令集,尤其是在使用16位thumb指令集时仍然享受arm处理器的32位的特性,如32位长的寄存器, 32位的寻址空间等,并且得到更高密度代码。 此外还集成很多外设,包括8通