DSP的靜止無功發(fā)生器(SVG)控制器的研究_圖文.

1、廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文基于 DSPDSP 的靜止無功發(fā)生器（SVGSVG）控制器的研究姓名：陳敏申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導(dǎo)教師：黃洪全2006061120060611摘要基于DSP的靜止無功發(fā)生器（SVG）控制器的研究摘要靜止無功發(fā)生器（sVG）是柔性交流輸電系統(tǒng)（FAcTs）設(shè)備中的一 種，可以對電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，能夠吸收感性無功和容性無功，因而成 為交流輸電系統(tǒng)中較為理想的無功補(bǔ)償設(shè)備。本文介紹了柔性交流輸電系統(tǒng)（FAcTs ）的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析了靜止無功 發(fā)生器（sVG）的工作原理以及其數(shù)學(xué)模型，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了以TI公司的 數(shù)字信號處理器DSP（TMS32

2、0LF2407A）為基礎(chǔ)的控制電路板和以sPwM控制為核心內(nèi)容的控制軟件。在硬件部分采用了鎖相環(huán)（PLL）同步采樣技術(shù)來達(dá)到對電網(wǎng)數(shù)據(jù)采樣的同 步性，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)頻率的自動跟蹤，同時利用DsP作為控制器的核，b處理 器，可以提高補(bǔ)償?shù)膶崟r性；靜止無功發(fā)生器(sVG)的控制方法包括電流間接 控制方式和電流直接控制方式，與電流間接控制方式相比，電流直接控制方式在電 流跟蹤速度、控制精度等方面更具有優(yōu)勢，所以本文根據(jù)電流直接控制方式設(shè)計了 控制軟件部分，在這一部分詳細(xì)介紹了電網(wǎng)采樣數(shù)據(jù)在DsP內(nèi)部的處理過程，同 時也詳細(xì)介紹了雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)在控制系統(tǒng)的應(yīng)用，其中包括數(shù)字PI控制器在閉環(huán)系 統(tǒng)中的應(yīng)用。

3、綜合以上的硬件電路和控制軟件的設(shè)計，研制了svG的控制電路裝置，為完 整sVG裝置的研制鋪墊下良好的技術(shù)基礎(chǔ)，同時也為sVG的進(jìn)一步研究提供了 試驗平臺。關(guān)鍵詞：靜止無功發(fā)生器雙閉環(huán)控制鎖相環(huán)正弦脈寬調(diào)制數(shù)字信號處理器數(shù)字PI控制AbstmctRESEARCH1NTOSVGCONTRONLLERBASEDONDSPAbstractMestatic、陸Generator(SVG)isoneo f血cF ACTSequipments，曬chc孤motioncompensatetheelectricnetwork sreactivepower，attb屺sametime callab rbilldl

4、lctive姐dc apacitiVereactivepower SVGbecomeson eofttlenlost陀a昧re loadcompellsatione q嘶pmeminAC仃allsmissionsystem.hltllispap%l量圮developmem鋤d礎(chǔ)I lal酊of FACTSandSVGisprcsented.ARerana_Iyzin gthebasic側(cè)pk觚dmath嘲at沁almodel,and也cn也eco n拄o lmemodisdesigncd,恤tistheSPWMc on臼.ol_Funllemlore,apro伊鋤fl owcl嵋rtal ld

5、i協(xié)i nlplememationboafda xg押basedonl 1S1MS32OLF24O7ADSP.hl血ellardw眥part,mePLLusedon齜sqllisitioninPowcrN啪rkSynchrono吣Sa lnpl MTeclllliqllewhichc鋤alltoma:ticfollowPowerNetwork 丘equency;andthenD SPisthecorepro xssorofmecomroller,、】l！hichimprovereal tm ”characterofrcac tiveco塒【pe璐ation;TheSVGhavetwOcontr

6、olways,oneismedirectcuHemcomrolaIldtl leotheris衲directcunentcontrOl.Compar ed謝m也eindirectco n仃o l,tlledirectcomro lh勰moresupeliorperformanceillcurrem仃ackingspeedandcontrolpropen)r,So,int hisp印cr,wcdcsi印tllesoftwarepanbasedonSPWMtechnolog)raccordingtOd訊斌cIllTe ntco曲fol ,inthispart,thcs鋤pleddataill Po

7、werN時workdisposalprocessillDSPisin扛oducedindetailalldnle哪Iicationofdou bleclosed lOOp缸con的Isystemispresente ddetailedly,illcludingmeapplicationo fdigitalPIco n仃DLWithmecircuitboardajldso腳are,aten詛tiveSVGcomoldeViceisbuiidup,wllichmaI（esgoodbasesfortheresearchintotheph ysicaImodelofSVG.Inaddition,tIl

8、eseresearchesgivebasesforfurtllerstudyonS VG.皿Ywo肋8:S觚c浙Ge膩咖SVG）;DoublcCloSed loopcor咖l ;PLL;SPwM;DSP;Digi噬PI n缸o(hù)lQP乇kAM凹盯主要符號對照表主要符號對照表電抗逆變器輸出電壓交流電網(wǎng)電 壓電抗電壓逆變器輸出電流相角差阻抗角視在功率無功功率有功功率有功電流無功 電流無功電流參考值功率因數(shù)功率因數(shù)參考值電容兩端直流電壓SPWM的調(diào)制度 電流互感器電壓互感器V第一章引言第一章引言1.1柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）綜述1.1.1課題的背景在可預(yù)見到的未來，三相高壓交流輸電仍將是輸電和聯(lián)

9、網(wǎng)的主要方式。20世 紀(jì)7 0年代以前主要靠提高電壓來增加線路輸電能力，到目前為止，商業(yè)化運行的 交流輸電工程最高額定電壓為765Kv（800Kv等級）：全世界已經(jīng)有12個國家建成了8 0 0 KV等級的交流輸電系統(tǒng)。前蘇聯(lián)建成了9 0 0 Km長的11 5 0Kv特高壓輸電線路并經(jīng)過了試運行，后因多種原因降壓為5 0 0 Kv運行； 日本建成了短距離的lo oOKV輸電線路，目前在5 0 0 KV下運行；美國、意 大利、瑞典等國曾執(zhí)行過特高壓（1 0 0 0 KV及以上）輸電計劃，后因環(huán)保限 制、設(shè)備可靠性不高和有更好的替代方案等原因而擱置和取消。由此可見，近2 0年來輸電電壓的發(fā)展出現(xiàn)了明

10、顯的飽和趨勢。在特高壓輸電的工程應(yīng)用前景不明朗 的情況下，交流輸電發(fā)展的重點已轉(zhuǎn)向采用新技術(shù)提高線路輸送能力、提高線路的 使用效率和線路走廊利用率等。隨著大型復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)的出現(xiàn)，如何使電網(wǎng)更加有效、如何提高輸電線路的使 用效率成為世界各國研究的重要課題。傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)的參數(shù)（阻抗、電壓、相位 等）是不能大幅度連續(xù)調(diào)節(jié)的，而實際運行中的電力潮流分布又由電路定則決定， 因此電網(wǎng)內(nèi)部線路及聯(lián)絡(luò)線在運行中實際的潮流分布與這些線路的設(shè)計輸送能力相 差甚遠(yuǎn)；一部分線路已過載或接近穩(wěn)定極限，而另一部分線路卻被迫在遠(yuǎn)低于線路 額定輸送容量下運行。這就是說，由于電網(wǎng)的木桶效應(yīng)”，一部分線路有電送不出，而另一部分

11、線路卻無電可送。另外，電網(wǎng)作為電力市場的物質(zhì)載體，即發(fā)電廠 和電力用戶間電力交易的渠道，也需要滿足對電力潮流靈活調(diào)節(jié)控制的要求。這就 提出了靈活調(diào)節(jié)線路潮流、突破瓶頸限制、增加線路輸送能力，以充分利用現(xiàn)有電 網(wǎng)資源、提高線路使用效率的要求。發(fā)達(dá)國家由于環(huán)保的嚴(yán)格限制，新建輸電線路 十分困難，使得這一要求顯得更為迫切。顯然，依靠常規(guī)的電力技術(shù)難以解決這種 問題，需要研究發(fā)展新的技術(shù)。第一章引言1.1.2柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTs ）的概念柔性交流輸電系統(tǒng)的英文表達(dá)為：F lc）【iblc而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù).上世紀(jì)八十年代中期， 美國電力科學(xué)研究院 （EPRJ） N.GHi

12、ngor鋤i博士首次提出FACTS概念：應(yīng)用大功率，高性能的電力電子元件制成可控 的有功或無功電源以及電網(wǎng)的一次設(shè)備等，以實現(xiàn)對輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗、相位 角、功率、潮流等的靈活控制，將原來基本不可控的電網(wǎng)變得可以全砸控制，從而 大大提高電力系統(tǒng)的高度靈活性和安全穩(wěn)定性，使得現(xiàn)有輸電線路的輸送能力大大 提高。FACTS技術(shù)改變了傳統(tǒng)交流輸電的概念，將使未來的電力系統(tǒng)發(fā)生革命 性的變化。電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為FACTS技術(shù)的實用化創(chuàng)造了條件。近1O年來，可控整流器、可關(guān)斷器件的開關(guān)能力不斷提高，1 0 0 mm直徑的晶閘管 的耐壓已達(dá)到61 0KV的水平，通過電流已達(dá)至4 6KA以上，6KV、

13、6KA的可關(guān)，斷晶閘管（G1D）已有商品，單個電力電子器件的開關(guān)能力已達(dá)到3040Mw的水平，使電子開關(guān)用于高電壓、大功率的輸配電一次系統(tǒng)成為可FAcTS技術(shù)（包括系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及其控制器技術(shù)）已被國內(nèi)外一些權(quán)威的 輸電技術(shù)研究工作者預(yù)測確定為 未來輸電系統(tǒng)新時代的三項支持技術(shù)（柔性輸電 技術(shù)、先進(jìn)的控制中心技術(shù)和綜合自動化技術(shù)）之一 ”.柔性交流輸電系統(tǒng)的主要 意義有如下幾點：1能在較大范圍有效地控制潮流，功率潮流可按事先計劃的線路流動；2線路的輸送能力可增大至接近導(dǎo)線的熱極限，例如：一條5 0 0 KV線路的 安全送電極限為10002000 KW，線路的熱極限為3 0 0 0 Kw，采用F

14、ACTS技術(shù)后，可使輸送能力提高5 0%10 0%;7AcTran蛐iss ionsys咖n，簡稱FACTS，是綜合電力電子技術(shù)，微處理和微電子技 術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)3備用發(fā)電機(jī)組容量可從典型的18%減少到15%，甚至更少；大：、電網(wǎng)和設(shè)備故障的危害可得到限制，防止線路串級跳閘，以避免事故 擴(kuò)。易阻尼消除電力系統(tǒng)振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。EACTs控制器按其與被控交流輸電系統(tǒng)的連接方式大體可分為并聯(lián)連接、串聯(lián)連接和串并聯(lián)連接三類控制器：（1）并聯(lián)補(bǔ)償裝置，如靜止無功補(bǔ)償器（SvC），靜止無功發(fā)生器（sVG）等，其基本功能是補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率， 由于其安裝十分靈活，所以適用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較短的輸

15、電線路的補(bǔ)償.（2）串聯(lián) 補(bǔ)償?shù)谝徽乱匝b置，如可控串補(bǔ)（TcsC），靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（ssSc）等，則主 要用于控制系統(tǒng)的潮流。（3）串并聯(lián)相結(jié)合的補(bǔ)償裝置如統(tǒng)一潮流控制器（UP FC），則可以在準(zhǔn)確控制系統(tǒng)電壓的同時對輸電線路上的有功與無功潮流進(jìn)行雙 向控制，具有綜合控制各種電力系統(tǒng)基本量的能力.1.13國內(nèi)外應(yīng)用FACTS技術(shù)的概況近年柬，F(xiàn)AcTs技術(shù)已經(jīng)在美國、R本、瑞典，月麥等國的熏要的超高壓 輸電工程中得到應(yīng)用。例如：日本關(guān)西電力公司與三菱電機(jī)公司共同研制并于198 0年1月投運了世界上首臺S1.A1COM樣機(jī)，采用了晶閘管強(qiáng)制換相的電壓型逆變器，容量為20Mvar;1986年

16、10月，由美國EPI u和w ESl.INGHOus共同研制的士1 MvA的s1:f玎cOM投入運行嘲， 這是世界上首臺采用大功率G1Zo作為逆變器的靜止無功補(bǔ)償器；1991年，日本關(guān)西電力公司與三菱電機(jī)公司研制成功士80MvA的S1猢陀OM【”并在犬山變電站154Kv系統(tǒng)中投運，維持了該系統(tǒng)長距離送電線路中間點電壓的恒 定，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；1 9 9 3年，東京電力分別與東芝公司和日立公司開發(fā)了 兩臺5 0MvA的sTATCOMM在東京所屬新信濃變電所投入使用；美國西屋 電氣公司（wEsHNGHOusE）、電力研究院凹R_D及田納西電力局（T ennesseeValleyAumoriftR

17、A）聯(lián)合研制了一套士looMvar靜止式無功發(fā)生器（svG）并于1 9 9 6年成功地用于美國田納西峽谷電 力系統(tǒng)（reI1nesseeVa11eyAumorit），PowerSy s耙m）的S1111ivan 5 0 0 KV變電站，有效地改善了所在電網(wǎng)連接點 處的電壓調(diào)整，其直接經(jīng)濟(jì)效益是該電力系統(tǒng)免去建造一條新的輸電線路同時又能滿足擴(kuò)充的輸電需求；德國西門子公司在1 9 9 7年將開發(fā)研制的8M、rA的s 1肖rCOM安裝在丹麥的R巧sbyHedc風(fēng)場， 目的是對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行 動態(tài)控制； 英國國家電網(wǎng)公司（N拍o nalGridCom凹1y,NGC）將 在其400Kv系統(tǒng)內(nèi)安裝了由法

18、國Alstom輸配電公司研制的采用了75MvA的Sri幻CO M的靜止無功補(bǔ)償系統(tǒng)。我國靜止無功補(bǔ)償器制造技術(shù)是在九十年代發(fā)展起來的，但最初僅限于大型工 業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用。目前，在我國部分高等院校、電力生產(chǎn)和設(shè)計部門及一些電氣設(shè) 備制造廠家都已開始FACTs技術(shù)方面的規(guī)劃和研究試制工作。例如對Tcsc、svG以及切PFc有所研究，但多只限于數(shù)學(xué)模型的建立、物理模型的研 究，至多是小容量樣機(jī)的研制?；旧衔覈腇_ACTs控制器的研制還處于基 礎(chǔ)階段，距離大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用還有很大的差距。1 9 9 4年作為原電力部重大科 技第一章引言攻關(guān)項目由河南省電力局和清華大學(xué)共同研制了2 0M v盯slCO

19、M，為進(jìn)行機(jī)理研究，首先研制了3 0 0 kv盯的中間工業(yè)試驗裝置，于1 9 9 5年并 網(wǎng)運行，1 999年3月IV-20MWrsl-A1.COM在河南洛陽的朝陽變 電站并網(wǎng)成功，并于2 0 00年6月成功地通過了鑒定脫 該裝置不僅能調(diào)節(jié)無功和電壓，還可提高輸電穩(wěn)定性和輸送能力。東北電力集團(tuán)公司和電力科學(xué)研究院等 單位合作，對5 00 KV超高壓輸電線路可控串聯(lián)補(bǔ)償（Tcsc ）的研究已取得 階段成果。結(jié)合伊敏一馮屯5 0 0 Kv輸電線路的研究表明，采用25%串聯(lián)補(bǔ)償 電容的可控串補(bǔ)裝置，可顯著提高暫態(tài)穩(wěn)定水平和阻尼振蕩能力舊.1.2靜止無功發(fā)生器（SvG）簡介1.2.1SVG的概念由以上

20、已經(jīng)用于實際電網(wǎng)的FACTs設(shè)備可知，TCS、SVG、TCSC等FACTS裝置的控制功能是有所側(cè)重的，其中sVG是側(cè)重于控制電網(wǎng)接入點 的電壓，屬于FACTS設(shè)備中并聯(lián)補(bǔ)償裝置的一種。電力系統(tǒng)電壓及無功功率控 制就是無功功率的供求平衡控制，通過控制無功功率平衡從而達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓的 目的.70年代末發(fā)展起來的晶閘管控制的靜止無功補(bǔ)償器（sVc）在無功補(bǔ)償 方面取得了較好的效果，但仍然存在著對電網(wǎng)的恒阻抗性、連續(xù)可控性差等弊病，8 0年代以來，采用自換相變流電路的無功補(bǔ)償裝置 一靜止無功發(fā)生器（svG）開始發(fā)展起來，較之傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置svG具有響應(yīng)速度快，吸收無功連續(xù)， 諧波電流小，損耗低等

21、優(yōu)點，因此，SvG已成為無功補(bǔ)償?shù)囊粋€高效的技術(shù)發(fā)展 方向m.l.2.2SVG的原理結(jié)構(gòu)svG作為FAcTs元件之一，能有效地補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，其主要結(jié)構(gòu) 是一個電壓源型逆變器VSI（vol詛gc Souroedlnvert哪），再并聯(lián)一個直流電容器，其原理圖如圖卜1：第一章引言母圈圖卜1SVG的原理示意圖Fig.lITheSchemeofSVG由圖卜1可以看到， 它的主體是一個電壓源型逆變器VSI， 由可關(guān)斷晶閘管 適當(dāng)?shù)耐〝?，將電容上的直流電壓轉(zhuǎn)換成為與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓， 再通過電抗器和變壓器并聯(lián)接入電網(wǎng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地 改變其運行工況，使其處于容性

22、、感性或零負(fù)荷狀態(tài)。1.3論文研究意義電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)， 運行電壓水平同電網(wǎng)無功功率的平衡有 密切相關(guān)。功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，影響到供 電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約電能和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量， 所以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力工業(yè)中一個重要課題。全國供用電規(guī)則規(guī)定：高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有負(fù)荷調(diào)整電壓 裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.9以上，其它規(guī)定功率因數(shù)為O .95，同時規(guī) 定功率因數(shù)達(dá)不到上述規(guī)定的應(yīng)裝設(shè)無功功率裝置，為此供電部門對用電負(fù)荷大于10 0KW的電力用戶，規(guī)定根據(jù)月平均功率因數(shù)調(diào)整電費的辦法 ”。由于

23、企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展及擴(kuò)大再生產(chǎn)的需要，用電設(shè)備不斷增加，而增加的用電 設(shè)備大都是一些感性負(fù)載，如電動機(jī)、感應(yīng)爐等，這些設(shè)備在運行中不僅消耗第一章引言有功功率，還消耗了大量的無功功率。這些無功功率將導(dǎo)致電能損耗和電壓損 失，并且限制了電氣設(shè)備的送電能力，因而必須進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償。無論從全國供用電規(guī)則還是從節(jié)能的角度出發(fā)，提高功率因數(shù)都是應(yīng)該 的。我國目前電力還十分緊張，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，同時電能質(zhì)量還較差， 所以對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償不但可以節(jié)約能源（提高功率因數(shù)），緩解電力緊張，還 能夠改善電網(wǎng)電能的質(zhì)量（穩(wěn)定電壓等），所以無功補(bǔ)償技術(shù)得到了業(yè)內(nèi)的極大關(guān) 注。1.4本文的主要研究內(nèi)容本文在學(xué)習(xí)

24、和研究SvG理論的基礎(chǔ)上，提出了采用11公司的TMs320 LF 2 4 0 7 A型DsP作為核心控制芯片的策略，力求能夠設(shè)計出性能更好的、 速度更快的實驗裝置。在硬件方面，借鑒了已有的控制電路的電路圖和控一制電路 的印刷電路板，在對其各部分電路原理進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，修改了部分電路的連接 方式，比如修改了鎖相環(huán)（Pu。）電路的部分1,0口的接法，并且完成了對各 個功能模塊的調(diào)試；在軟件方面，設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)SvG控制功能的各個模塊的程 序流程圖，并且編寫了DsP內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序以及對無功補(bǔ)償和功率因數(shù)調(diào)節(jié) 的閉環(huán)程序，和已經(jīng)完成的控制主電路逆變器動作的sPwM波產(chǎn)生的程序相連， 就形成了完整

25、的系統(tǒng)程序。該裝置與傳統(tǒng)的控制裝置相比具有結(jié)構(gòu)更簡單、性能更 可靠、實時性更強(qiáng)的優(yōu)點。尤其是，在該控制裝置中，采用了鎖相環(huán)（PLL）來 實現(xiàn)了對電網(wǎng)頻率的跟蹤，取代了傳統(tǒng)的通過計算來確定電網(wǎng)頻率的方法，不僅減 輕了DsP的運算負(fù)荷，同時也提高了控制的精度。到目前為止，硬件電路和軟件的編程工作已基本完成，并對電路進(jìn)行了調(diào)試（包括電壓、電流采集電路，鎖相環(huán)電路、DSP軟件產(chǎn)生SP刪波以及在低壓條 件下整個系統(tǒng)的調(diào)試），進(jìn)一步的工作是提高系統(tǒng)的功率以及優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。第二章靜止無功發(fā)生器（SVG）的基本原理與功能第二章靜止無功發(fā)生器的基本原理與功能對供電質(zhì)量及可靠性的要求日益提高是和用戶的工藝過程水平

26、的發(fā)展相聯(lián)系 的，近代科技進(jìn)步又促進(jìn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化，對電能質(zhì)量提出了更高更新 的要求。在我國，雖然總體經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平還比較落后，但在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)電 能質(zhì)量問題的影響已比較突出。而且，由于各種原因，在供電可靠性和電網(wǎng)電壓幅 度的穩(wěn)定水平等指標(biāo)上，我國的情況尤其落后。如何提高和保證電能質(zhì)量，已成為 國內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一.電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，保證用戶處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運 行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中 各種無功電源的無功功率輸出（簡稱無功出力）應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額 定電壓下對無功功率的要求，否則

27、電壓就會偏離額定值（或大或小）。因此無功補(bǔ) 償就顯得尤為重要。目前解決這一問題的措施主要是增容，即擴(kuò)大變壓器和配電線 路容量，從而提高供電能力，但是，增容一方面投資大，施工工程量大，周期長； 另一方面由于末端仍需要由低壓側(cè)集中補(bǔ)償系統(tǒng)提供，輸電線路利用率仍然較低。 因此，有效減小線路無功電流，不僅可以增大有功輸送能力，而且有利于降低變壓 器低壓側(cè)到末端負(fù)荷之間的線路損耗，改善末端電壓質(zhì)量。所以，研究開發(fā)線路終 端用無功功率補(bǔ)償裝置是十分必要的，同時具有相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)意義和社會效益。2.1SVGX作原理我們現(xiàn)在取單相等效電路來說明SVG的工作原理，如圖2 1所示，表示的 是在不考慮連接電抗和逆變器

28、損耗的情況：妊礎(chǔ)第二章靜止無功發(fā)生器(sVG)的基本原理與功能魚電流滯后(吸收感性無功)(b)電流超前(吸收容性無功)圖2一1svG等效電路及工作原理(不考慮損耗)(a)單相等效電路(b)向量圖Fig.2 1sVGequiva1entcifcuitdMw)dcing硼x ipi嘲ot妣1 udingl o喲(a)singleph枷quiva1entcircuit(b)Pha sordiagr鋤如圖21,珥表示逆變器的輸出電壓，表示電網(wǎng)側(cè)的電壓。當(dāng)以%時，SVG處于超前運行狀態(tài)，發(fā)出無功功率，起電容器的作用；當(dāng)U(%時，sVG處于滯后狀態(tài)，吸收無功功率，起電抗器的作用；當(dāng)q=%時，sVG與系統(tǒng)之

29、間 不存在無功交換SVG正常工作時就是通過電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻同相的輸出電壓，就象一個交流電壓逆變器，只不過其交 流側(cè)輸出接的不是無源負(fù)載，而是電網(wǎng) 1。逆變器輸出電流”為：j=等叫半|X1c2訓(xùn),LXL由于以與同相， 因此逆變器向電網(wǎng)輸出的電流j與電網(wǎng)電壓乩相差90 0,逆變器成為一個無功功率發(fā)生器。如果令逆變器或無功功率發(fā)生器向電網(wǎng)輸出感性 無功滯后電流為乇，向電網(wǎng)輸出感性無功滯后無功功率為Q,貝乇：學(xué)(2 2)Q;虬，口。里乒.u=% +爭Q(2_3)(2-4 如圖21(b)中的電流超前向量圖所示，當(dāng)輸出電壓珥高于電網(wǎng)電壓 時，如o,超前。9 0。，這時

30、無功功率發(fā)生器輸出超前的即感性的無功功 率，這第二章靜止無功發(fā)生器(SVG)的基本原理與功能時式(2 - 3)中的QOo同理，如圖2 -2(b )中的電流滯后向量圖所示，當(dāng)輸出電壓(，低于電 網(wǎng)電壓以時，厶Vo,滯后蟣90。 ， 這時無功功率發(fā)生器輸出滯后的即容性的 無功功率， 這時式(2- 3)中的Qv0o0。圖21所示的電路中，將連接電抗器視為純電感，沒有考慮其損耗及逆變器 的損耗，因此不必考慮從電網(wǎng)吸收有功能量。在這種情況下，只需使玩與吼同相， 僅改變口，的幅值大小即可控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流，是超前還是滯后9 0 0,并且能控制該電流的大小。若考慮到連接電抗器的損耗和逆變器本身的損耗

31、（如管壓降、線性電阻等）， 并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則SVG的單相等效電路如2-2（a）所示，吸收容性無功與吸收感性無功時的向量圖如圖22（b）1所示：（a）、玄i吣電流超瓢吸收容性無功）電流滯后（吸收感性無功）圖2 2svG等效電路及工作原理（考慮損耗）（a）單相等效電路（b）向量圖pl lllcludingloss)啦即m如圖2-2所示，在考慮損耗的情況下，變流器輸出電壓U與J仍相差9Fig.2-2sVGequiVemc訛u鋤d缸w磯【i ngp山ci(a)singleph撇equiVemc沁uit(b)Pha rd第二章靜止無功發(fā)生器（svG）的基本原理與功能因為逆變器

32、無需有功能量，而電網(wǎng)電壓璣與電流J的相差不再是9 0。，而是 比9 0 0小了萬角，因此電網(wǎng)提供了有功功率來補(bǔ)充電路中的損耗，也就是說相對 于電網(wǎng)電壓來講，電流，中有一定量的有功分量。這個萬角也就是交流器電壓U,與電網(wǎng)電壓以的相位差。改變這個相位差，并且改變【，的幅值，則產(chǎn)生的電流j的相位和大小也隨之改變，svG從電網(wǎng)吸收的無功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。由以上分析知道， 通過控制交流側(cè)電壓U，的幅值和相角艿來控制svG吸收 的無功電流。實際上，【，隨著艿的變化而自動地變化是通過交流器直流側(cè)電壓【的變化實現(xiàn)的在改變?nèi)f角后的暫態(tài)調(diào)節(jié)過程中，變流器將吸收一定的有 功電流，因而直流側(cè)電容被充電或放電，引起

33、直流電壓仇的變化，從而使得交流側(cè) 輸出電壓鞏的幅值變化，也就改變了其基波的有效值 上面分析了電路單相工作的情況，所以我們可以得到三相電路的結(jié)構(gòu)圖，如圖2 3是接在線路i,j之間的svG主電路的基本結(jié)構(gòu)原理”：C圖2 3sVG主電路的原理示意圖Fig.2 31kSchef ofmainc MuitofSVG圖2 3所示的svG主電路的原理示意圖為電壓型補(bǔ)償器，如果將直流側(cè)的 電容器用電感代替，同時交流側(cè)串聯(lián)的電感用并聯(lián)電容器代替，就成為sVG的另 一種結(jié)構(gòu)形式 電流型SVG，無論是電流型的SVG還是電壓型的SVG，其 動態(tài)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)理是相同的。本文以電壓型的SvG作為研究對象.如圖2 3所示裝置由

34、IGET電壓型逆變器，連接變壓器及其直流電壓源作 用的直流電容組成T6為六組IGET，D1D6為六組續(xù)流二極管。 反向并聯(lián)二極管和可關(guān)斷可控硅的作用相當(dāng)于一個開關(guān)控制信號使得在任一時刻 或者上面開關(guān)導(dǎo)通，或者下面開關(guān)導(dǎo)通，例如當(dāng)T1導(dǎo)通時，節(jié)點a接于直流電源正端，當(dāng)T4導(dǎo)通時，節(jié)點a接于直流電源負(fù)端。同理，節(jié)點b和節(jié)點c也是根據(jù)上下管導(dǎo)通第二章靜止無功發(fā)生器（svG）的基本原理與功能與否決定其電位。按該圖中IGET的編號次序?qū)ê完P(guān)斷，即可得到三相電 壓輸出。輸出交流電壓的幅值由直流測電壓的大小來決定，調(diào)節(jié)直流電壓即可控制 交流側(cè)輸出電壓的幅值。圖中u,為SVG的逆變器輸出電壓，以為電網(wǎng)電壓，

35、為直流側(cè)電容電壓。svG補(bǔ)償無功的原理：在理想狀態(tài)下，將u,與蟣同步，然后通過控制u,的幅 值從而控制u,與璣的電壓差，以達(dá)到調(diào)節(jié)裝置無功輸出的目的。SvG主電路采用自關(guān)斷開關(guān)器件的PwM脈寬調(diào)制方式的電壓型逆變器，通 過對各半導(dǎo)體開關(guān)器件的適當(dāng)控制，其電源電流的相位可以比電壓超前90。，也 可以比電壓滯后9 0。，使sVG發(fā)出無功功率或吸收無功功率。在進(jìn)行PwM控 制時，如果開關(guān)頻率足夠高，就可以使電流非常接近正弦波，sVG的直流側(cè)電容C的電壓幾乎沒有波動，也就是說，電容c只是為svG提供一個直流工作電壓， 它和SVG交流側(cè)幾乎沒有能量交換，只要開關(guān)頻率足夠高，電容C的容量就可以 足夠小，因

36、此，電容c可以不被看成是儲能元件；同樣，只要開關(guān)頻率足夠高，s vG交流側(cè)電感L也可以足夠小，電感L也不是交換無功能量意義上的電感，因 此，此電路可以看成是無儲能元件的電路，這時，無功能量的交換就不能看成是在 電源和負(fù)載儲能元件之間進(jìn)行的。由于各相無功分量的瞬時值之和在任一時刻都為 零，因此，仍可以認(rèn)為無功能量、是在三相之間流動的。事實上，三相三線電路無 論是對稱還是不對稱，無論是含諧波還是不含諧波，各相無功分量的瞬時值之和在 任一時刻都為零，這一結(jié)論是普遍成立的，因此，都可以認(rèn)為無功能量是在三相之 間流動的“。“本論文是基于圖2_1所示的無損耗的理想情況下來完成的，即逆變器輸出的 電壓與電網(wǎng)

37、側(cè)電壓同相位2.2SVG主電路的數(shù)學(xué)模型對svG的控制就是對六個可控開關(guān)（本文中用的是IGET，為了表示方 便，在本小節(jié)用s表示）S施以某種PwM調(diào)制，使得逆變器輸出電壓基波U,與U吐釁咖，c）成萬角度的同頻率的正弦波。根據(jù)上述的裝置原理，可以建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為了簡化分析，先對系統(tǒng) 作如下的假設(shè)（1）電網(wǎng)電動勢為三相對稱，為純正弦波電動勢：第二章靜止無功發(fā)生器（SvG）的基本原理與功能（2）系統(tǒng)中的電感、電容等都是線性的，并且不考慮電感飽和；（3）其中的變壓器為1:1的變壓器，并且忽略其勵磁支路，將變壓器等效 成一個阻抗支路；（4）同時將系統(tǒng)中的其它有功和無功損耗（例如功率器件的發(fā)熱等）

38、全都折 合、疊加到阻抗支路上.基于以上假設(shè)，可以建立起系統(tǒng)的三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖24所示：+LaRa/S1/S3/S5aCd，U曠吲飆黜口萬=亨Z虧一O卜C塢S6/s2,N圖2 -4SvG開關(guān)函蘇濮型圖值邏鼾關(guān)函數(shù)橢喀徽其中晰2_5）Fig.2_4111e洲it chi 1唱fl lnctimode1charcofs,G主電路開關(guān)元件視為理想開關(guān)，其控制由開關(guān)函數(shù)來描述。定義單極性二根據(jù) 圖2 -4，利用基爾霍夫電壓定理建立用開關(guān)函數(shù)描述的a相回路方程為（取電感 電流和電容電壓作為狀態(tài)變量）：厶導(dǎo)+置。屯=叱一（+%o）（2 6）當(dāng)sl導(dǎo)通，s4關(guān)斷時，開關(guān)函數(shù)屯；1,由電路可知o= %，而當(dāng)sl

39、關(guān) 斷，S4導(dǎo)通時，開關(guān)函數(shù)屯=0,由電路可知【o=O，故可以得到如下的關(guān) 系： = %以，則式（2 6）可以變?yōu)椋?L = +五。丄u二一g乙以+【，們）（27）同理，可得b相c相方程如下：厶=焉=% 一（以以+ %）（28）t= +兄丄璣一（璣吃+ %）（2 9）第二章靜止無功發(fā)生器（svG）的基本原理與功能對于一個三相三線平衡系統(tǒng)，有:盯+曲+”囂=0（2 10）i4 + k+ ic = o（2 11）聯(lián)立式（27）（2 - 1 1）,得：%o=半刃焦（2 12）所以，SVG的數(shù)學(xué)模型為1:c警2。娶以（2 13）厶魯+也鞏心（磯一；。娶）（2 14）刀尸刀丄o（2 15 以a相橋臂為例

40、，當(dāng)si導(dǎo)通，s4關(guān)斷時，開關(guān)函數(shù)屯=1;當(dāng)si關(guān)斷，s4導(dǎo)通時，開關(guān)函數(shù)屯卸，所以橋式電路的輸出電壓：以=璣（焦一習(xí)焦）（2 16）從（2 13）（2 15）式可看出，sVG三相之間是相互耦合的，無 論采用哪一種PwM調(diào)制方法，磯是由PwM調(diào)制度M和調(diào)制相移引行決定的。如果開關(guān)函數(shù)比調(diào)制波頻率高得多，則開關(guān)函數(shù)可看作是角度率為國、相角為 萬，幅值等于調(diào)制度M的正弦波，開關(guān)函數(shù)以基波成分為&:鼠：M，cosl甜一萬一（w 1）孥1式中k = a，b，cW:l，2, 3（217）如令（216 ）式中，4一刀以=仇（2 18 ）則式中n為o，土 （；，&p。的基波成分以為：輙=&a

41、mp;一；?；?；。二鴆cosl耐一占一（w 1）芋1式中W=l,2, 3（219）ot =口，6,L3Ja相輸出電壓基波分量為：、,0=M,Udcos（甜一回（220）a相輸出電壓含高次諧波為：M=%cos耐+ EuWcos（行研一瓦）（221）13第二章靜止無功發(fā)生器（sVG）的基本原理與功能式中瓦一一第n次諧波的初始相位角uo %調(diào)制產(chǎn)生的第n次諧波分量的幅值卜一-PWM調(diào)制方式所決定的最低次諧波次數(shù)輸入電感上的電壓在忽略電阻時的壓降為：補(bǔ)償?shù)臒o功電流為：L=型半+喜半” 1吒=吒一乩=乩$:1口耐一cos研一X%co咖耐一氏）（2 22）卿s,2.3SVG主電路的控制方法在控制上，SVG

42、與svc的區(qū)別在于：在sVc中，由外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的 控制信號用作SVc等效電納的參考值日,以此信號來控制sVc調(diào)節(jié)到所需的 等效電納；而在SVG中，外閉環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號則被視為補(bǔ)償器應(yīng)產(chǎn)生的 無功電流（或無功功率）的參考值。正是在如何由無功電流（或無功功率）參考值 調(diào)節(jié)sVG真正產(chǎn)生所需的無功電流（或無功功率）這個環(huán)節(jié)上，形成了svG多 種多樣的具體控制方法，而這與傳統(tǒng)sVc所采用的觸發(fā)角移相控制原理是完全不 同的。目前SVG的控制主要從控制策略和外閉環(huán)反饋控制量和調(diào)節(jié)器的選取兩方 面考慮，但無論是哪一方面都要根據(jù)補(bǔ)償器要實現(xiàn)的功能和應(yīng)用的場合來決定。由 無功電流（或無功功率）參考值調(diào)

43、節(jié)SVG產(chǎn)生所需無功電流（或無功功率）的具 體控制方法，可以分為間接控制和直接控制 塔，所謂間接控制，就是將svG當(dāng) 作交流電壓源來看待，通過對SvG變流器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值的控 制，來間接控制SvG的交流側(cè)電流；而電流的直接控制，就是對電流波形瞬時值 進(jìn)行反饋控制，綜上所述形成了多種控制方法。下面分別介紹電流的間接控制和直 接控制這兩種控制方法：2.3. 1電流的間接控制所謂電流間接控制，就是按照SVG的工作原理，將SVG當(dāng)作交流電源來看 待，通過對sVG變流器所產(chǎn)生交流電壓基波的相位和幅值的控制，來間接控制S V0的交流側(cè)電流.分析圖2 3所示的SvG工作相量圖，以吸收滯后電流

44、為例，由圖中電網(wǎng)電 壓以、變流器交流側(cè)電壓u,和連接電抗壓降u。構(gòu)成的三角形關(guān)系，可得如14第二章靜止無功發(fā)生器（svG）的基本原理與功能下等式：旦：墜：墜sinJsin（900+力sill（ 90 0妒一J）式中J口丿與相位差，以q超前為正妒一一連接電抗器的阻抗角由此得：嘰：型（2 25）coS口據(jù)此可得出穩(wěn)態(tài)時sVG從電網(wǎng)吸收的無功電流和有功電流有效值分別為： ，島2格s螂。毋葦?shù)鹊犬?dāng)處于穩(wěn)態(tài)時，電感相當(dāng)于導(dǎo)線，即此時上式中的），矽=0,由此可得: 乇=等等=半=警c2嗡，。、石2+五2cos儀胄2胄同理，可以得到有功電流有效值：，厶=燾005 E。一回=蠢（1一cos2D（2 27）可以

45、證明，如果無功電流的符號以吸收滯后無功為正，吸收超前 無功為負(fù)，則當(dāng)U滯后于,sVG從電網(wǎng)吸收超前無功電流時， 其穩(wěn)態(tài)仍然滿足 式 （226）和式（227），只不過此時其中的占和， o均為負(fù)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn) 入穩(wěn)態(tài)時， 實驗證明萬角絕對值的變化范圍很小，在這種情況下，sin2J近似 于2占，所以艿口/一圖25乇與萬角關(guān)系Fi92 5 lationbetw啪乇alld萬夸艿角絕值不太大的情況下，艿與乇接近線性正比關(guān)系 ？因此可以通過控制 珥相對醵的超前角J來控制sVG吸收的無功電流。這樣就可以得出svG15第二章靜止無功發(fā)生器（svG）的基本原理與功能最簡單的控制方法如圖36所示：圖26電流間接控制示

46、意圖Fig2 6in Ti瞄tco n竹o lafc峨nt另外，由式（2 24）可得：.c,.:墜竺！堡1（228）coS口也就是說，穩(wěn)態(tài)下艿角與變流器交流側(cè)基波電壓的大小也是一一對應(yīng)的.由于 穩(wěn)態(tài)時占和變流器交流側(cè)電壓基波有效值（廠，滿足式（22 8）所示的一對應(yīng)關(guān)系，所以改變J角時，仇就會自動跟著變化。實際上，u,隨著占的變化而 自動地變化是通過交流器直流側(cè)電壓的變化實現(xiàn)的。在改變艿角后的暫態(tài)調(diào)節(jié)過程 中，變流器將吸收一定的有功電流，因而直流側(cè)電容被充電或放電，引起直流電壓【的變化，從而使得交流側(cè)輸出方波的幅值變化，也就改變了其基波的有效值。 暫態(tài)調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，直流電壓

47、穩(wěn)定在某一新值，這個值對應(yīng) 交流側(cè)輸出方波的基波分量有效值璣必然滿足式（22 8）。？如果在圖26這種控制方法基礎(chǔ)上加上反饋環(huán)節(jié)，那么無功電流厶的控制精 度和響應(yīng)速度都會大大提高。如圖2_7所示，在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了許多種控制 方法，比如對6角和逆變器脈寬角口聯(lián)合起來控制策略等。電流間接控制方法多適 用于較大容量的svG裝置，其減少諧波方法多采用多重化的方法并且結(jié)合P、W M技術(shù)。圖2-7帶反饋的電流間接控制Fi92 7砌i刪controlofcu琳ntincm咄odh酞當(dāng)然也可以利用圖26和2 7的控制來對功率因數(shù)或者無功功率等的控 制，只需要將圖2 6和2 7中的7州和乇換成相應(yīng)的參考值和測

48、量值就可以了（如對功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，則換成五何和A就可以了，只是在對PI調(diào)節(jié)器設(shè)16第二章靜止無功發(fā)生器（sVG）的基本原理與功能計的時候，具體的參數(shù)和算法稍微有所不同）。2.3.2電流的直接控制所謂電流的直接控制，就是采用跟蹤型PwM控制技術(shù)對電流波形的瞬時值進(jìn) 行反饋控制，直接控制的SvG控制系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)。fdqi母abc罵黔咂寫糖扮口SVG屯j一ICX A A A A .、(a)abc軸電流控制(a)abcdi吐co 1內(nèi)f OlafcufTent4f(b)dq軸電流控制(b)dqdi他ctco n廿ol ofcu n它nt圖28電流直接控制Fig2 8d沁ctco n廿ol of

49、currcmt第一種控制結(jié)構(gòu)如圖2 8（a）所示，采用了曲c軸下的瞬時電流控制系 統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)完成兩個功能：直流側(cè)的電壓恒定控制。無功電流的實時跟隨。 直流電壓指令u蚵與直流反饋電壓經(jīng)電壓PI調(diào)節(jié)器后生成有功電流指令J硝，17第二章靜止無功發(fā)生器（sVG）的基本原理與功能對流入sVG的有功電流控制可以控制直流側(cè)電壓。和無功電流指令k通過dq.abc變換成三相瞬時電流指令，叫，k,鈿三相電流指令與瞬時電流通 過恒頻三角波電流比較生成逆變器的開關(guān)信號。通過上述控制實現(xiàn)直流側(cè)電壓的穩(wěn) 定和無功電流的跟隨。9第二種控制方法如圖2 8（b）所示，SVG發(fā)出的電流瞬時值經(jīng)d q坐 標(biāo)變換變?yōu)長，L，它們與

50、有功電流、無功電流參考值作比較后，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器所 得值，再經(jīng)d-q變換，得到三相電流信號，進(jìn)行三角波比較電流跟蹤型PwM控 制。其中，有功電流參考值由直流側(cè)電壓參考值與直流側(cè)電容電壓反饋值比較后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器得到。由于參考值L盯和鈿，反饋值L、在穩(wěn)態(tài)時均為直流信號，因此通過PI調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)無穩(wěn)態(tài)誤差的電流跟蹤控制。也就是說，本方法中采用 了雙閉環(huán)反饋控制，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)控制，外環(huán)是電壓環(huán)控制。與第一種控制系統(tǒng)相比，兩者實現(xiàn)的功能一樣，差別在于電流PI調(diào)節(jié)器的數(shù) 目、位置和調(diào)節(jié)信號的性質(zhì)。第一種控制系統(tǒng)有三個PI調(diào)節(jié)器，在（dq/ab c）變換后的abc軸下；第二種控制系統(tǒng)只有兩個PI調(diào)節(jié)器，在（

51、dq，l lzc）變換前的dq軸下第二種控制系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器信號是直流，而第一種 控制系統(tǒng)中電流PI調(diào)節(jié)器的給定和反饋是交流正弦信號。交流信號的變化率較 大，PI調(diào)節(jié)時有靜態(tài)誤差，調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計也較為困難。從上述比較可以看出：從調(diào)節(jié)器的數(shù)目和控制參數(shù)的選擇上，第二種控制系統(tǒng)優(yōu)于第一種控制系統(tǒng)。本文采 用的控制方法為第二種電流控制方法。SvG采用電流直接控制后，其響應(yīng)速度和控制精度比間接控制法有很大提 高在這種控制方法下，SVG實際上相當(dāng)于一個受控電流源。由于受電力半導(dǎo)體 器件開關(guān)頻率限制，這種控制方法對較小容量SVG比較適用.以上介紹了SvG的兩類控制方法：電流的間接控制和電流的直接控制。通過

52、對比我們可以得到如下結(jié)論：(1)電流的間接控制方法相對簡單，技術(shù)相對成熟，但間接控制與直接控制 相比，控制精度較低，電流響應(yīng)速度較慢。(2)電流直接控制法對電力半導(dǎo)體器件開關(guān)頻率要求高，因此適用于較小容 量svG控制；間接控制法適用于較大容量svG控制。(3)采用電流間接控制的大容量SVG可采用多個交流器多重化聯(lián)結(jié)、多電 平技術(shù)或PWM控制技術(shù)來減小諧波。而采用電流PwM跟蹤控制的直接控制方 法，電流諧波少.18第二章靜止無功發(fā)生器(sVG)的基本原理與功能由于本文是基于圖2_1的原理來完成的，即逆變器的輸出電壓與電網(wǎng)側(cè)電壓 同相位，裝置不消耗有功功率，也即電流間接控制方法中的萬=O,故不用控

53、制艿 的值。所以本文所采用的控制方法是電流的直接控制方法，并且是基于平均僮功率 理論的，用平均值功率理論計算電量的有效值、功率因數(shù)和需要補(bǔ)償?shù)臒o功電流的 大小。和瞬時功率法相比，平均功率法具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高的特點。如果 利用DsP來計算控制系統(tǒng)所需要的參數(shù)，則可以在很大程度上提高系統(tǒng)的控制精 度和提高電流的響應(yīng)速度。在DsP運用于系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再利用鎖相環(huán)技術(shù)來跟 蹤電網(wǎng)的頻率，就可以減輕DsP的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。19第三章svG控制器的硬件電路設(shè)計第三章SVG控制器的硬件電路設(shè)計由前面對svGX作原理的分析可知，要實現(xiàn)其對系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行適時地 補(bǔ)償，貝嚅要調(diào)節(jié)逆變器的輸出電

54、壓u,從而可以控制向系統(tǒng)輸出的無功電流 厶。要快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸出電壓U,來補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率，則需要一個反應(yīng)快速 而且準(zhǔn)確的控制系統(tǒng)。為了達(dá)到這個目的，我們采用全控型電力電子開關(guān)器件IG ET組成逆變器的主電路，并采用SPWM控制技術(shù)來控制IGET的開關(guān)。而sPwM控制技術(shù)可很方便控制六個IGET的開關(guān)，從而可以較好地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參 數(shù)。?3.1SVG控制電路的總體框圖控制系統(tǒng)的主要功能是產(chǎn)生六路合適的sPwM波，以控制主電路中逆變器的 六個開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，以產(chǎn)生合適的無功電流補(bǔ)償?shù)诫娋W(wǎng)上，完成所需要的 控制功能一孫償無功功率。為此，該控制電路需要從電網(wǎng)采樣九路信號 一一電括 三相電壓和補(bǔ)

55、償前的三相電流以及svG逆變器的輸出電流（即補(bǔ)償?shù)娜嚯?流），采樣逆變器的輸出三相電流是用來作為計算反饋量的，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)倪m時 性。從電網(wǎng)采樣的九路信號來控制產(chǎn)生合適的六路sPwM波，由于DsP產(chǎn)生的 信號驅(qū)動能力有限，為此還必須設(shè)計驅(qū)動電路同時為防止強(qiáng)電對弱電的干擾，還 必須有隔離電路，此外由于DSP內(nèi)部資源的限制，為了便于調(diào)試以及數(shù)據(jù)存儲， 需要拓展外部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。電網(wǎng)系統(tǒng)的信號的頻率是隨時變化的， 為了適時地跟蹤信號頻率的變化，需要采用鎖相環(huán)，為此我們設(shè)計了鎖相環(huán)電路。r該控制電路以TI公司的數(shù)字信號處理器nIS320LF2407A型Ds P為控制核心，該控制電路主要包括

56、了信號采集及預(yù)處理模塊，鎖相環(huán)模塊，信號 隔離與驅(qū)動電路模塊，外存拓展模塊以及電源模塊等?？刂齐娐凡糠值脑韴D見附 錄，控制電路的總體框圖如圖31所示：第三章svG控制器的硬件電路設(shè)計Fig.3 1蛐m圖3.1控制電路總體結(jié)構(gòu)框圖Dia鯽曲Con仰ICifcuit其中CT、PT分別為電流互感器和電壓互感器，用來采樣三相電流信號和三 相電壓信號，然后經(jīng)過電壓、電流處理電路之后，輸入到DSP內(nèi)部的WD轉(zhuǎn)換 器，通過在DsP內(nèi)部進(jìn)行處理從而產(chǎn)生控制信號，最終產(chǎn)生調(diào)制度M,進(jìn)而可以 控制DsP內(nèi)部的事件管理器模塊（EV）中的PwM產(chǎn)生模塊輸出六路PwM波，從而可以控制三相逆變器的動作，就可以改變逆變器

57、的輸出，就達(dá)到所需要的 控制效果。鎖相環(huán)除了作為ADC的轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號（ADCSoC ）之外，還作為DsP的事件管理器模塊（Ev）的時鐘，同時還可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化EP ROM和RAM是拓展的外部存儲器，彌補(bǔ)了DsP內(nèi)部存儲空間不足的缺陷。由于該控制電路涉及到的模塊較多，所以下面就其中的幾個主要模塊作詳細(xì)介 紹，包括DSP、采樣信號預(yù)處理模塊和鎖相環(huán)模塊：3.2DSP模塊靜止無功發(fā)生器（SVG）同其他電力電子設(shè)備相比有兩個顯著的特點：（1）要求檢測處理的變量多如圖3 1所示，sVG的逆變器擔(dān)負(fù)輸送無功電流的作用，需要檢測的變量 不僅有系統(tǒng)電壓電流、逆變器的輸出電壓電流 ？（補(bǔ)償無功電流），還有

58、直流電容 的電壓。要處理上述電壓和電流時，不僅有它們的幅值，還有頻率以及相位，21第三章svG控制器的硬件電路設(shè)計如果再加上控制目標(biāo)規(guī)定的無功等參量，貝嚅要處理的變量就非常多。同時還 要進(jìn)行控制規(guī)律的計算，以便能夠?qū)崟r控制。（2）計算工作非常繁重在檢測控制過程中要進(jìn)行大量的微分、積分、乘方、開方、三角函數(shù)、除法等 運算，因而對微處理器的運算處理速度提出了較高的要求.我們選擇11公司的數(shù)字信號處理器（DsP）lMS320LF2407A作為控制單元的核心。除了基于以上系統(tǒng)對計算速度有較高的要求的原因外，還由 于11公司的1MS320LF2407 A型D8P內(nèi)部集成了本系統(tǒng)所需要的A巾轉(zhuǎn)換器和PwM

59、波產(chǎn)生的模塊一事件管理器（Ev），使得較為容易控制六個逆 交器的開關(guān)器件。下面簡要介紹1 MS320LF2407 A型DSP的結(jié)構(gòu)和特點“”,“本系統(tǒng)需要用到的模塊將在后面用到的時候做詳細(xì)的分析：11公司的1MS320LF2407ADsP（簡稱2 4 0 7 A），作為一 種高速度、高精度、高集成度、低成本的微控制器，功能非常強(qiáng)大，集成了眾多滿 足數(shù)字控制系統(tǒng)所需的先進(jìn)外圍設(shè)備。一塊24 07 A的芯片就具備了SVG控制 電路所需的數(shù)據(jù)采集及A/D轉(zhuǎn)換、計算、sPwM輸出等外設(shè)功能。因此，采用2 4 0 7 A作為控制核心，可大大簡化控制系統(tǒng)硬件電路、節(jié)省成本以及提高控制 精度。,IMs320

60、LF2407 A是n公司主推的定點DSP之一，通過將存儲 器和外設(shè)集成到控制器內(nèi)部，兼實時處理能力和控制器外設(shè)功能于一身，為svG控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了一個理想的平臺.在1Ms 3 2 0系列DsP的基礎(chǔ)上，2 407A具有如下特點；4 0M口S的執(zhí)行速度使得指令周期已縮短到25璐（MmS每秒處理 百萬條指令）高集成度帶來的低成本較低的供電電壓（3.3V）減小了控制器的損耗(1)32位中央算術(shù)邏輯單元(Ctt)，在單個機(jī)器周期內(nèi)執(zhí)行32位操 作；內(nèi)核CPU主要包括：。(2)32位累加器，用來保存cALU計算結(jié)果并為下一次CALu操作提 供輸入，它具有移位和循環(huán)操作功能；(3)16位X16位的硬件乘法器，可在單個機(jī)器周