SIMATICTDC在高压直流输电中的应用(3)

测量系统测量三相电压／电流、电压过零点等信号，然后通过TDM总线送入CPU。对工频电压50Hz，测量系统以每周波128点的频率进行采样，也就是每156μs左右采样一次，若用四分频，那么对于CPU，就是625μs左右被中断一次。CPU收到一次中断后，从TDM报文中取出需要的数据，例如当前的电网频率及当前各电压相位、当前电压、当前电流等，为了保证控制精度，每625 μs都要向触发脉冲板卡发一个积分步长，该积分步长的作用是累加，再根据当前相位和实时相位进行PI控制，并结合电流参考值或其他及相应的控制策略，累加到某一设定值后，发出点火脉冲，从而保证触发脉冲的快速性和稳定性。例如，理想状态下，电网频率不变，那么每次下发的积分步长是相同的。但若电网频率、整流侧直流电路上电流和当前相位变化，那么下发的积分步长就有所变化，若频率变大，那么积分步长变小，在下一个周波就提前发出点火脉冲；若频率变小，那么相应的积分步长变大，在下一个周波，相对现在的周波，就延迟发出点火脉冲。电网频率对积分步长的影响只是其中之一。实时电流、实时电压、实时熄弧角等都对积分步长有直接影响。例如定电流控制策略中，如果实际直流电流增加，Ald变为负值，PI调节器会增大输出的触发角，也就是增大每次下发的积分步长，直到直流电流恢复到参考值设定的运行水平。当直流电流减少时，A/d变为正值，PI调节器会减小触发角，也就是减小每次下发的积分步长，直到直流电流恢复到参考值设定的运行水平。如果触发角调节超出了12. 50 ~17. 50的范围，阀组控制系统就会调节换流变分接头使得角度恢复到正常范围内。分接头挡位由就地接口装置DFU410采集并通过Profibus通信上送至阀组控制系统，同样阀组控制系统调节分接头上升和下降的命令也由PROFIBUS通信下发到就地控制装置。

通过上面的介绍可知，为了保证触发角的控制精度，同时又受到电网频率、控制策略、电压、电流、相位等影响，闭环控制在0. 6ms左右完成。这就对带操作系统的嵌入式系统有很高的要求，因为对操作系统而言，任务调度、切换、压栈／出栈等都是需要消耗时间的，再加上运行时软件所消耗的时间和庞大的计算任务及较短的循环时钟周期，那么对系统的要求就相当的苛刻。

4．控制保护系统的硬件及特点

为适应高压直流输电的需要，我们选用SIMATIC TDC作为控制平台。SIMATIC TDC是一套通用的工业控制平台，主要应用领域为金属冶炼、金属加工、配电及输电。该平台主要有如下几方面的特性：

1)模块化的系统结构，硬件可扩展；

2)采样时间间隔短，可达100μs，特别适用于动态控制任务；

3)中央处理器采用64位结构；

4)多处理器同步运行，每个机架内最多可配置20个CPU模块；

5)最多可同步耦合44个机架；

6)使用STEP7组态工具进行图形化组态，支持连续功能图(CFC)和顺序功能图(SFC)。

SIMATIC-TDC采用的是实时操作系统（固定时隙为25μs），采样速度很快（最短为100μs），其中A/D采样转换时间约为20μs，D/A转换输出时间为4μs，D/I和D/O延时时间均为100μs。测试证明完全满足在0. 5ms内完成从采集、计算到控制信号输出的要求。强大的循环处理，高达5种采样时间( T1~T5)，能够进行处理周期性中断(TO)和非周期性中断（I1~18八级中断）任务。