低壓電網(wǎng)SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)【畢業(yè)作品】

BIYESHEJI〔20 屆〕低壓電網(wǎng)SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)所在學(xué)院專業(yè)班級 自動(dòng)化學(xué)生姓名 學(xué)號指導(dǎo)教師 職稱完成日期 年 月摘要摘 要近年來，由于工業(yè)的快速進(jìn)展，大功率非線性負(fù)荷的不斷增加，不但轉(zhuǎn)變了電力系統(tǒng)的電網(wǎng)構(gòu)造，對電網(wǎng)的沖擊和諧波污染也不斷上升，造成系統(tǒng)無功以致消滅種種電能質(zhì)量問題，如功率因數(shù)低、諧波含量高、三相不平衡、功率沖擊、電壓閃變和波動(dòng)等等。通過合理的方案對電網(wǎng)進(jìn)展適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償，能維持系統(tǒng)電壓水平、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和設(shè)備利用率、提高功率因數(shù)避開大量無功的遠(yuǎn)距離傳輸、提高輸電力量、平衡三相功率、提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性。此外，還可以削減網(wǎng)絡(luò)有功損耗削減費(fèi)用。本設(shè)計(jì)運(yùn)用靜止無功補(bǔ)償(SVGSVG于瞬時(shí)無功功率理論的無功電流檢測方式，承受IGBT組成的電壓逆變電路模塊。主要設(shè)計(jì)包括主電路設(shè)計(jì)、掌握電路設(shè)計(jì)、測量單元設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路以及濾波電路單元等。由于需要隨時(shí)進(jìn)展無功功率的檢測和補(bǔ)償，對掌握器的速度DSP進(jìn)展掌握掌握單元的設(shè)計(jì)。SVG測量電路、驅(qū)動(dòng)電路和電源電路等幾局部。測量電路采集負(fù)載電流信號、裝置輸出電流信號、系統(tǒng)接入點(diǎn)電壓信號和直流側(cè)電容電壓信號等數(shù)據(jù)，然后，將這些數(shù)據(jù)信號傳輸給掌握電路，掌握電路依據(jù)給定的掌握策略對從測量電路輸送過來的信號數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，產(chǎn)生觸發(fā)逆變器的驅(qū)動(dòng)信號，傳送到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將從掌握電路接收到的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)展功率放大，然后加到逆變器，從而掌握逆變器輸出端輸出無功電流的變化，實(shí)現(xiàn)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康?。關(guān)鍵詞：靜止無功功率發(fā)生器(SVG)，無功補(bǔ)償，IGBTIAbstractAbstract\*ROMAN\*ROMANIIIAbstractInrecentyears,therapiddevelopmentoftheindustry,highpowernonlinearloadsincrease,notonlychangedthepowersystemnetworkstructure,impactonthepowergridandtheharmonicpollutionisincreasing,causingsystemreactivepowerdistributionisnotreasonable,evenmaycauselocalreactivepowershortageandvoltagelevelisgenerallylow,sothatthereareallsortsofpowerqualityproblems,suchaslowpowerfactor,harmoniccontentishigh,three-phaseunbalance,powershock,voltageflickerandwaveetc..Throughthereasonableschemeofpowersystemproperreactivepowercompensation,canmaintainthesystemvoltagelevel,improvesystemvoltagestabilityandtheutilizationratioofequipment,toimprovethepowerfactorandavoidalargeamountofreactivepowerforlongdistancetransmission,improvethetransmissioncapacity,balancedthree-phasepowersystem,improvethesafetyandreliabilityoftheoperation.Inaddition,alsocanreducethenetworkactivepowerlossreductioncost.Thedesign of the use of static var generator (SVG) technology on thelow-voltagereactivepowercompensation,SVG is basedon the reactivepowertheoryofreactivecurrentdetectionmethod,usingIGBTconsistingofvoltageinvertercircuitmodule.Themaindesign includingthemaincircuitdesign,controlcircuitdesign,measurementunitdesign,drivingcircuitandfiltercircuitunit.Duetotheneedtocarryoutreactivepowerdetectionandcompensation,andthecontrollerspeedishigher,canselectDSPcontrolunitdesign.ThedesignofSVGsystemstructureincludesthefollowingparts:maincircuit,controlcircuit,ameasuringcircuit,adrivecircuitandapowersupplycircuitetc.Measuringcircuitofloadcurrentsignalacquisitiondevice,theoutputcurrentsignal,systemaccesspointvoltagesignalandtheDCsidecapacitorvoltagesignaldata,andthen,thedatasignalsaretransmittedtothecontrolcircuit,thecontrolcircuitaccordingtothecontrolstrategyfromthemeasuringcircuittransmittedsignaldataprocessing,generatingatriggerinverterdrivesignal,istransmittedtothedrivecircuit,drivecircuitfromthecontrolcircuitreceivesthedrivingsignalofpoweramplifier,andthenappliedtotheinverter,therebycontrollingtheinverteroutputreactivecurrentchange,achievethepurposeofdynamicreactivepowercompensation.KeyWords:staticreactivepowergenerator(SVG),reactivepowercompensation,IGBT目錄目錄\*ROMAN\*ROMANIV目 錄\l“_TOC_250029“摘要 IABSTRACT II\l“_TOC_250028“目錄 IV\l“_TOC_250027“第一章緒論 1\l“_TOC_250026“課題爭論的背景及意義 1\l“_TOC_250025“無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展 2\l“_TOC_250024“靜止無功發(fā)生器國內(nèi)外進(jìn)呈現(xiàn)狀 4\l“_TOC_250023“本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 5\l“_TOC_250022“其次章SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì) 6\l“_TOC_250021“總體構(gòu)造設(shè)計(jì) 6\l“_TOC_250020“SVG工作原理 7\l“_TOC_250019“主電路設(shè)計(jì) 9\l“_TOC_250018“整流電路設(shè)計(jì) 9\l“_TOC_250017“逆變電路設(shè)計(jì) 10\l“_TOC_250016“直流側(cè)電容設(shè)計(jì) 12\l“_TOC_250015“連接電抗器設(shè)計(jì) 12\l“_TOC_250014“掌握電路 13\l“_TOC_250013“2.4.1TMS320F2812的主要特點(diǎn) 14\l“_TOC_250012“片外程序和數(shù)據(jù)存儲器 15\l“_TOC_250011“時(shí)鐘電路 15電源電路 16JTAG仿真接口電路 17復(fù)位電路設(shè)計(jì) 18串行通信 19驅(qū)動(dòng)電路 19測量電路 20\l“_TOC_250010“第三章掌握策略及軟件設(shè)計(jì) 22\l“_TOC_250009“掌握策略選擇 22\l“_TOC_250008“直流間接掌握 22\l“_TOC_250007“直流直接掌握 24\l“_TOC_250006“瞬時(shí)無功功率檢測 25\l“_TOC_250005“軟件流程及程序設(shè)計(jì) 27\l“_TOC_250004“第四章結(jié)論 32\l“_TOC_250003“主要工作 32\l“_TOC_250002“需進(jìn)一步完善的工作 32\l“_TOC_250001“參考文獻(xiàn) 33\l“_TOC_250000“致謝 35第一章緒論第一章緒論--1-第一章緒論課題爭論的背景及意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷進(jìn)步，人們對電能質(zhì)量的要求越來越高，而現(xiàn)在各種大功率非線性設(shè)備的應(yīng)用影響電能的質(zhì)量。電力系統(tǒng)的特定環(huán)境打算電網(wǎng)本身由于感性負(fù)荷占據(jù)比重較大，如電動(dòng)機(jī)在消耗有功功率的同時(shí)，也要吸取無功功率。無功功率會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功率下降、降低輸配電設(shè)備效率、增大損耗等，這將會嚴(yán)峻影響供電質(zhì)量。為了解決這一問題，需要對電網(wǎng)進(jìn)展無功補(bǔ)償。本SVG技術(shù)進(jìn)展無功補(bǔ)償。靜止無功發(fā)生器(SVG)是定制電力技術(shù)和敏捷柔性溝通輸電系統(tǒng)技術(shù)的重SVG400V~35kV對提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、濾除負(fù)載諧涉及提高功率因數(shù)有很大的幫助[1]。人們對節(jié)約能源、削減電源污染重要性的生疏不斷提高，靜止無功發(fā)生器在工業(yè)和生活中的應(yīng)用得到推廣，對其爭論也正漸漸成為熱點(diǎn)。SVG具有以下優(yōu)點(diǎn)：(2)提高供電質(zhì)量，促使電力系統(tǒng)運(yùn)行安全。降低設(shè)備發(fā)熱，延長設(shè)備壽命。(5)提高發(fā)電機(jī)有功輸出力量。提高輸電力量，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減小電網(wǎng)功率損耗，增大電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展無功補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全牢靠、穩(wěn)定運(yùn)行、降損節(jié)能的必要措施。無功補(bǔ)(TCSC)、靜止無功補(bǔ)償器(SVC)以及靜止無功發(fā)生器(SVG)等[2][3]同步調(diào)相機(jī)：同步調(diào)相機(jī)是三一樣步電機(jī)，過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給感性無功功率提高系統(tǒng)電壓；欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸取感性無功功率，降低系統(tǒng)電壓。優(yōu)點(diǎn)：可在暫態(tài)過程中供給動(dòng)態(tài)無功功率，越靠近短路的地方輸出的無功功率越大，并不受對稱或不對稱短路故障的影響，當(dāng)系統(tǒng)電壓下降幅度多用于高壓輸電系統(tǒng)，運(yùn)行維護(hù)簡單、環(huán)境噪音嚴(yán)峻，技術(shù)比較落后。容量可敏捷使用。缺點(diǎn)：它供給的無功功率與節(jié)點(diǎn)電壓平方成正比，借電壓下降時(shí)，供給的無功功率反而削減，調(diào)整性能差。TCSC：基于晶閘管掌握的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，主要用于電力輸電系統(tǒng)，可提高電網(wǎng)的傳輸力量與系統(tǒng)穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：只能在肯定的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整串聯(lián)電容的等值容抗和補(bǔ)償度。SVC：SVC之前主要運(yùn)用與負(fù)荷沖擊性較大的用戶中，近年來也用于提高電網(wǎng)輸電力量和主網(wǎng)架的穩(wěn)定性方面，主要分為晶閘管投切電容(TSC)和晶閘管掌握電抗器(TCR)兩種類型?？蛇B續(xù)而快速的掌握無功功率，響應(yīng)速度快。技術(shù)成熟、修理簡潔、工作牢靠、應(yīng)用廣泛。①晶閘管投切電容器(TSC)TSC電路主要是靠兩個(gè)晶閘管的正反并聯(lián)的開關(guān)來完成電容器投切的。運(yùn)用晶閘管的優(yōu)點(diǎn)在于投切的過程中不會消滅過電壓、沖擊電流。電容器是接入在晶閘管兩端電壓過零時(shí)刻瞬間完成的而電容器切斷是在晶閘管電流過零時(shí)刻瞬間完成的，電容器可以以任意頻率投切，在電容器回路中串一電抗器可以起TCS只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)整，一般應(yīng)用在配電系統(tǒng)中。②晶閘管掌握電抗器(TCR)TCR需要吸取無功時(shí)，通過TCR調(diào)整增大電抗電流。由于TCR本身會產(chǎn)生諧波，因此常常會用濾波器代替局部濾波電容。SVG：又稱STATCOM，靜止無功發(fā)生器(SVG)是用具有自換相功能的電力半導(dǎo)體器件組成的橋式變流器來進(jìn)展動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)难b置，SVG并聯(lián)在需要補(bǔ)償裝置的母線上，溝通無功功率是通過直流勵(lì)磁電壓產(chǎn)生的，而SVG與系統(tǒng)交換無功功率并不依靠于母線的電壓。SVG的掌握格外敏捷，當(dāng)電壓下降時(shí)，補(bǔ)償效果也很好?？梢酝ㄟ^掌握電壓輸出幅值的大小，來掌握系統(tǒng)無功功率交換。當(dāng)輸出的電壓比系統(tǒng)電壓小時(shí)，電流會從溝通系統(tǒng)流向逆變器，逆變器從系統(tǒng)吸取無功功率；反之則供給無功功率。SVCSVC補(bǔ)償?shù)呢?fù)載變化較大或補(bǔ)償干擾性較大負(fù)載時(shí)，SVC會因固有的時(shí)間延遲因響應(yīng)不夠快而影響補(bǔ)償效果。而SVG則適于變化較大的負(fù)載的無功沖擊電流的實(shí)IGBT的應(yīng)用牢靠性有了保障，隨著現(xiàn)代掌握設(shè)備的性能提高和大規(guī)模集成電路器件的運(yùn)用，簡單的掌握電路經(jīng)濟(jì)性和牢靠性也得到了提高，從而使型SVG得到開發(fā)應(yīng)用。SVG分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路[4]，由于電壓型掌握便利、損耗小，在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛。與SVC相比，SVG可以在任何系統(tǒng)電壓下供給全范圍的無功輸出電流，SVG調(diào)整速度更快、調(diào)整范圍更寬、欠電壓條件下的無功調(diào)整力量更強(qiáng)，具有良好的補(bǔ)償特性。缺點(diǎn)：本錢投資高距離大范圍使用還有一段距離。(PWM)技術(shù)等措施后可大大削減補(bǔ)償電流中諧波的含量。償和大范圍調(diào)整的功能。靜止無功發(fā)生器國內(nèi)外進(jìn)呈現(xiàn)狀隨著高壓大容量如IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)可關(guān)斷器件的不斷80器件的電流源和電壓源變流器的并聯(lián)補(bǔ)償裝置，該裝置的特性脫離了阻抗型裝置的特性，是完全可控型的電流源或電壓源，這使得并聯(lián)補(bǔ)償電容裝置性能得到了提升。這種補(bǔ)償裝置在低電壓的狀況下具有良好的特性，由于可控開關(guān)器件的開關(guān)頻率較高，變流器輸出的諧波較小，變流器的工作范圍更廣，輸出的電流獨(dú)立于電壓變化。SVG是基于變流器并聯(lián)補(bǔ)償裝置的典型代表。1980年1月在日本誕生了世界上首臺SVG(EPRI)和西屋公司共同研制的1MVar的SVG10GTO，這也是世界上首臺承受大功率GTO1991年日本在犬山變電站投入運(yùn)行了SVG裝置[6]199610EPRI與田納西電力局和西屋電氣公司聯(lián)合，在田納西電力系統(tǒng)的變電站研制了100MVar的靜止無功發(fā)生器裝置。19933月東京電力與東芝公司、日立公司分別開發(fā)了2臺50MVA的STSTCOM[15]1997RejsbyHede8MVA的靜止無功發(fā)生器裝置是由德國西門子公司開發(fā)研制的。同年7STATCOM裝置。20235VELCO投入使用了+133/41MA115kVSTATCOM美國Austin能源公司研制了100MVar的SVG裝置并在Holly變電站投入運(yùn)行。我國在靜止無功發(fā)生器這一領(lǐng)域的爭論是從上世紀(jì)90年月開頭的，并在試驗(yàn)和應(yīng)用方面取得了一些的成績，如華北電力學(xué)院開發(fā)了基于可控硅元件強(qiáng)迫GTO器件的無功發(fā)生器的試驗(yàn)裝置。為了對機(jī)理進(jìn)展更全面的爭論，清華大學(xué)首先研制了300kVar1996年投入運(yùn)行。我國首臺投入應(yīng)用的大容量柔性19993月由清華大學(xué)和河南省電力局共同研制，它的容量為20MVar20236年月國家電力公司電力自動(dòng)化爭論院也將200kVar區(qū)西郊變電站并網(wǎng)試運(yùn)行。目前生產(chǎn)制造STATCOM并市場化的廠家僅有少數(shù)家，多數(shù)廠家承受的STATCOMFACTS南車株洲時(shí)代，天津先導(dǎo)倍爾，山東風(fēng)光電子、山大華天等廠家。以上廠家STATCOM目前均處于小批量生產(chǎn)試制、推廣階段，還沒有形成規(guī)STATCOM技術(shù)的改進(jìn)完善，STATCOM必將成為輸配電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償裝置中的主流產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)SVGDSP芯片TMS320F2812數(shù)字掌握為核心的SVG面：介紹課題爭論的背景及意義，無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展，SVG國內(nèi)外進(jìn)展。硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括設(shè)計(jì)的總體框架、SVG的根本原理介紹、主電路設(shè)計(jì)、IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、掌握電路、測量電路、電源電路設(shè)計(jì)。流程設(shè)計(jì)及編程實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)結(jié)論，對整體設(shè)計(jì)做出評估和總結(jié)。SVGSVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)--6-其次章SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)總體構(gòu)造設(shè)計(jì)SVG測量電路、驅(qū)動(dòng)電路和電源電路等幾局部，如圖2-1所示。測量電路采集負(fù)載電流信號、裝置輸出電流信號、系統(tǒng)接入點(diǎn)電壓信號和直流側(cè)電容電壓信號等數(shù)據(jù)，然后，將這些數(shù)據(jù)信號傳輸給掌握電路，掌握電路依據(jù)給定的掌握策略對從測量電路輸送過來的信號數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，產(chǎn)生觸發(fā)逆變器的驅(qū)動(dòng)信號，傳送到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路將從掌握電路接收到的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)展功率放大，然后加到逆變器，從而掌握逆變器輸出端輸出無功電流的變化，實(shí)現(xiàn)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康?。電源電源?fù)載整流器IGBT逆變器直流電路測量電路IGBT驅(qū)動(dòng)電路測量電路掌握器電源電路圖2-1 SVG系統(tǒng)構(gòu)造框圖各局部的主要任務(wù)：主電路：整流電路、逆變電路、直流側(cè)電容、連接電抗器等的設(shè)計(jì)；掌握電路：以DSP芯片TMS320F2812為核心的數(shù)字掌握電路的設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)電路：IGBT驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；測量電路：對系統(tǒng)的接入點(diǎn)電壓、裝置的輸出電流、負(fù)載電流和直流側(cè)電壓等進(jìn)展采樣測量的電路設(shè)計(jì)。電源電路：為測量電路和掌握電路供給電源的電路的設(shè)計(jì)。SVG工作原理2-2SVG原理示意圖，它是由電壓源型逆變器組成，并通過調(diào)整晶閘管的通斷，將電容上的直流電壓轉(zhuǎn)化成與電力系統(tǒng)電壓同步的三相溝通電壓，再通過變壓器和電抗器連入電網(wǎng)。因此可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整逆變器輸出的電壓，就能到達(dá)掌握設(shè)置運(yùn)行方式，從而成功的使其工作在容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)，以此來到達(dá)無功補(bǔ)償?shù)哪康?。網(wǎng) 電網(wǎng)電TVIS逆變器C掌握掌握器電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集圖2-2 SVG原理示意圖SVG2-3所示，其直流側(cè)為為SVG供給直流電壓的電源器件，直流電壓再通過逆變器單元轉(zhuǎn)換成溝通電壓，逆變器單元一般由幾個(gè)逆變橋電路并聯(lián)或串聯(lián)而成。溝通電壓的相位、大小和和頻率的選擇，可(IGBT)的驅(qū)動(dòng)脈沖來實(shí)現(xiàn)。逆變器通過連接變壓器并聯(lián)到電網(wǎng)中，從而實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)哪康?，此外連接變壓器自身產(chǎn)生的漏抗還能為整個(gè)系統(tǒng)供給限制電流的作用，以免產(chǎn)生過電流。輸配電網(wǎng)等效2-4所示。IUIUIjXXUUUI I UUs UsUsjXUsjXXU注入系統(tǒng)的電流滯后相當(dāng)于電容UIUIUI I Us圖2-3 SVG裝置調(diào)整無功的原理示意圖R+ I __L+AC E U_圖2-4 輸配電等效電路圖

YGjBUZs=R+jX，引起的電壓降為：UU

EU

ZI

(2-1)Is負(fù)載電流Is

可由下式求得：U2GjU2B PjQIU(GjB) (2-2)U U代入式(2-2)可得：PjQ RPXQ XPRQU(R

jX) s

s j s s

(2-3)s s U U UUU

E之間的夾角很小，因此s Us

RPXQU

(2-4)率的波動(dòng)是引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)主要緣由，而有功功率的波動(dòng)對電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響較小。主電路設(shè)計(jì)整流電路設(shè)計(jì)整流電路構(gòu)造承受可保證直流側(cè)電壓恒定的不行控整流方式進(jìn)展整流電路設(shè)計(jì)。直流側(cè)可以用大電容作為穩(wěn)壓和濾波器件。假設(shè)在剛開頭充電時(shí)就將大電容就直接接到整流器的輸出端，會產(chǎn)生很大的電流可能會燒壞整流器件，為了解決這一問題，需要接入一個(gè)充電電阻，通過充電電阻將電容接到整流器的輸出端先進(jìn)展充電，充電完成后斷開充電電阻，使大電容直接連到整流器的輸出端。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)放電電阻會自動(dòng)給濾波電容放電，來增加系統(tǒng)安全性，主電路在不使用2-5所示。K開 J關(guān)ABC高頻C容阻 濾容電波電電電 電電容放圖2-5 主電路整流局部原理圖整流電路計(jì)算溝通電變成直流電可承受三相不行控整流方式，其中二極管的參數(shù)選擇：22UM為：22 M AC

KVV380

1.121182.3V (2-5)其次章SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)式中，Uac

KV

是電壓的波形系數(shù)，V

是安全系數(shù)。②確定二極管電流的額定值Im

為：NIm 2I 210.2A14.4A (2-6)N二極管流經(jīng)電流有效值I 為：D1 1200 1I 0D 3600

I 2d(t) Im8.3A (2-7)M 3In

為：In(1.5~2) ID 7.9~10.6A (2-8)1.576R30G-160(30A，1200V)的二極管整流模塊。逆變電路設(shè)計(jì)逆變電路設(shè)計(jì)SVG裝置的逆變器承受三菱公司(日本)的IGBT模塊，用兩個(gè)IGBT組成半相對低廉。SVG2-6所示。IGBT IGBT IGBTUiA +Ud_BCIGBT IGBT IGBT2-6主電路逆變局部圖-10-其次章SVG其次章SVG無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)--11-逆變電路的相關(guān)計(jì)算IGBT電流額定值直流側(cè)電容兩端的電壓U 為：dd U 1.35U1.35380513V d 逆變器的輸出電壓最大值U

為：imaxUimax

3Ud0.866513444V (2-10)2逆變器的輸出電壓實(shí)際有效值UiU

為：444Ui 0.950.95283V (2-11)22imax22式中，=0.95=0.95，為計(jì)算死區(qū)影響時(shí)的系數(shù)。在額定容量為5kVar的條件下輸出的線電流I 可近似計(jì)算為：55103283 3Ui3I 5Ui3N

10.2A (2-12)峰值電流I m

NIm 2I N

210.214.4A (2-13)2取安全系數(shù)為1.5～2.0，因此額定電流I 。N②IGBT正反相峰值電壓：2mU 2U 380537V (2-14)2m1.5～2.0，因此額定耐壓值UN1000V。IGBT模塊直流側(cè)電容設(shè)計(jì)靜止無功發(fā)生器的逆變電路直流側(cè)在開關(guān)頻率足夠高的狀況下可以不設(shè)儲能元件[6]波，會造成無功能量在靜止無功發(fā)生器和電源之間來回變換，因此在實(shí)際應(yīng)用中直流側(cè)仍需要儲能元件，一般選擇電容器作為儲能元件，同時(shí)該電容器還可以抑制直流側(cè)電壓的波動(dòng)。一般來說逆變器的直流電容容量越大，其輸出端的電壓就會越穩(wěn)定、諧波含量也越小，但在實(shí)際應(yīng)用中沒有必要選擇很大容量的工程設(shè)計(jì)的閱歷計(jì)算公式為：0.2IC N (2-15)Ukd式中，0.2為補(bǔ)償能量系數(shù)；k為直流電壓波動(dòng)的系數(shù)，一般取0.5％-1％；U 為d直流電容的電壓，此處取850V是系統(tǒng)電源的頻率，取l00。當(dāng)k取值為0.5％時(shí)，C

0.27.6106 倍安全裕量：8501008500.005×1.5=1275V。4700F/450V的電解電容，三個(gè)電解電容串聯(lián)后總耐壓值為1350V1567F。連接電抗器設(shè)計(jì)靜止無功發(fā)生器與系統(tǒng)之間連接電抗器的設(shè)計(jì)對裝置運(yùn)行的作用很大，這是設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)。連接電抗器有兩方面的作用，一是通過電抗器將逆變單元從而使靜止無功發(fā)生器輸出的電壓更接近正弦波。流跟蹤指令信號的速度成反比，電抗器也會影響電源電流的諧波畸變率。當(dāng)電感選擇太小，雖然動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但實(shí)際補(bǔ)償電流相對于期望補(bǔ)償電流具有較大的超調(diào)，形成毛刺且簡潔造成系統(tǒng)振蕩、工作不穩(wěn)定。Ldih(t)Ridt

(t)U

(t)u(t) (2-16)dsds

di為直流側(cè)電壓值，h

(t)

為參考電流的變化率。s假設(shè)無視電阻大小，可以得到：

d dtUUmaxdijkdtLmaxdijkdt

hn (2-17)在電感值的選擇時(shí)可參考工程上推導(dǎo)出的閱歷公式：4UL

d (2-18)ma靜止無功發(fā)生器同時(shí)補(bǔ)償諧波成分，假設(shè)補(bǔ)償?shù)?次潛波，最大電感應(yīng)為：910097.6 2L 4910097.6 2掌握電路靜止無功功率發(fā)生器開關(guān)掌握策略是其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此SVG的核心掌握電路的設(shè)計(jì)也就成為了SVG系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)之一。本設(shè)計(jì)中掌握板承受TMS320F2812作為掌握核心，電路由DSPCPLD2-7所示。該系統(tǒng)具有硬件設(shè)計(jì)簡潔、集成度高、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。JTAG真串行通信

TMS320F2812

片外存儲器2-7TMS320F2812TMS320F2812的主要特點(diǎn)32DSPTMS320C28xTMCPU內(nèi)核存儲器4K16bitROM18K16bitRAM128K16bitFlash(3)速度6.6ns150M條指令。大事治理器(EV)12PWM通道；4164種計(jì)數(shù)模式；6個(gè)全比較單元；外部時(shí)鐘輸入和外部比較輸入。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)12ADC內(nèi)核；80ns(ADC25MHz)；16個(gè)模擬輸入通道；8個(gè)模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器，16個(gè)通道的模式，每次需要轉(zhuǎn)換的通道均可通過編程來選擇。56I/O引腳(6)串行外設(shè)接口模塊(SPI)(7)串行通信接口模塊(SCI)(8)CAN掌握器模(塊CAN)(McBSP)片外程序和數(shù)據(jù)存儲器D(0--15)3.3V/PS/DS1A(0--14)3274HC08A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/CE/WE/OE/BHENCIOD(0--15)3.3V/PS/DS1A(0--14)3274HC08A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0/CE/WE/OE/BHENCIO15IO14IO13IO12IO11IO10IO9IO8IO7IO6IO5IO4IO3IO2IO1IO0VCCVCCNCNCGNDGNDCY7C 1021/DS18/DS18A1419A1320A1221A1124A1025A926A827A742A643A544A41A32A23A14A056/WE17/RD4140392238D1537D1436D1335D1232D1131D1030D929D816D715D614D513D410D39D28D17D03.3V113323281234時(shí)鐘電路

圖2-8 片外存儲器擴(kuò)展電路圖TMS320F2812DSP的時(shí)鐘可以有兩種連接方式，即內(nèi)部無源晶振振蕩器方式和外部有源晶振振蕩器方式。有源晶振驅(qū)動(dòng)力量較強(qiáng)，頻率范圍很寬，在1Hz~400MHz之間，無源晶振價(jià)格雖然廉價(jià)，但是驅(qū)動(dòng)力量較差，一般不能供給多個(gè)器件共享，且頻率范圍較窄，在10kHz~60MHz之間。本文承受的是外部有源時(shí)鐘方式，直接選擇一個(gè)1.8V供電的30MHz有源晶振實(shí)現(xiàn)。時(shí)鐘電路如2-9所示。C120pFX1/XCLKINC120pFX1/XCLKINzHM03DSPC220pFX2Fu33.0

4 VDDOUTPUT

R1K X1/XCLKINDSPNC2 GND 1 X230M內(nèi)部振蕩器方式 (b)外部時(shí)鐘源方式圖2-9 時(shí)鐘電路圖電源電路DSP電源TMS320F2812需要兩組電源供電內(nèi)核電源為1.8片內(nèi)外設(shè)電源為3.3一般3.3V和1.8V電源可通過5V電源變換得到。圖 2-10為承受芯片TPS767D318PWP進(jìn)展電源轉(zhuǎn)換的原理圖。1.8V1.8V5V1234528272625240.1uFC3C4C1F60.1F7891011121314NCNC1GND/1EN1IN1INNCNC2GND/2EN2IN2INNCNC/1RESETNCNC1/1OUT1OUT/2RESETNCNCNC2OUT2OUTNCNC2223212019181716150N147uF1N40011.8V3.3VTPS76D318FCC6C7C8uF4u3Fu43.03.3VF2-10電源轉(zhuǎn)換原理圖15V電源設(shè)計(jì)2-11220V、50Hz溝通電源，15VC119V7815是將濾波電容C119V有脈動(dòng)的直流電源穩(wěn)壓變成15V穩(wěn)定的、波浪系數(shù)格外小的直流電源，此15VC215V三端穩(wěn)壓塊7815自身會產(chǎn)生一種頻率很高的熱噪聲，而電解電容C2只對低頻比較敏感，可以濾去大局部的低頻脈動(dòng)波，對高頻的雜波卻無能為力，故加上去凹凸頻率的各種溝通波，最終得到的直流電壓源的電壓質(zhì)量是格外高的。+15V+15V1378150 C2427815C411C3C30104233變壓器241470C7C678152F u C8010351871

圖2-11 驅(qū)動(dòng)電源電路圖

-15VJTAG可實(shí)現(xiàn)在線仿真，同時(shí)也.JTAG接口可將仿真器與目標(biāo)系統(tǒng)相連接。為了與仿真器通信，DSP掌握板必需帶有14引腳的雙排直插管座。TMS320F2812142-12所示。5V5VC10.1uFC210uFTMS 1TDI 3579111313579111324681012142468101214/TRSTTDOTCKEMU0EMU1/OFFJTAGV4R17 R2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

3.3V圖2-12 JTAG接口電路圖牢靠的復(fù)位電路是DSP系統(tǒng)必不行少的。由于DSP系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率較高，在運(yùn)行時(shí)極有可能發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)峻的系統(tǒng)問題可能消滅死機(jī)現(xiàn)象。為了抑制這些狀況，除了在軟件上做一些保護(hù)措施外硬件上必需做相應(yīng)的處理。硬件上最有效的保護(hù)措施是承受合理有效的復(fù)位電路相結(jié)合的方式。通常的復(fù)位電路有RC2-1374LVT14非門起到抗干擾的作用。圖2-14是承受MAX811信號。3腳為手動(dòng)復(fù)位輸入，該引腳為低時(shí)，在2號腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位輸出，復(fù)位輸出180ms后才變?yōu)楦唠娖?。本設(shè)計(jì)就是承受MAX811芯片組成的復(fù)位電路。1.8V10K74LVT14DSP/XRSF1.8V10K74LVT14DSP/XRSFu2220031K/MRVcc4MAX811DSP12/XRSTESET RESER圖2-13 RC復(fù)位電路圖 圖2-14 MAX811復(fù)位電路圖串行通信TMS320F281216FIFO16位波特率選擇存放12ADC16通道服用輸60ns。RS-232C進(jìn)展串行通信，RS-232C12V電源，但是3.3VMAX232進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換。2-15所示。1uF C11VCC16594837261PC3C31uFV+21uFC2F561uF C1V-45GND15C1313RXDTXDDSPDB914T1OUTT1IN11驅(qū)動(dòng)電路

圖2-15 串行通信接口電路圖DSP掌握系統(tǒng)的弱電掌握局部。由于模塊要直接和配電系統(tǒng)相連，因此必需利用隔離器件將模塊和掌握IGBT模塊的工作狀況很大程度上取決于正確、有效、準(zhǔn)時(shí)的掌握信號。所以設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)良的光耦掌握電路也是模塊正常工作的關(guān)鍵之一。門極驅(qū)動(dòng)掌握電路的任務(wù)是:將DSP輸出的0～3.3V的PWM信號轉(zhuǎn)換成0～2-16所示(以)，PWMDSPTLP250隔離TMS320F2812PWM脈沖經(jīng)過電阻Rl(100)接入型號為TLP250R4(51)Cl(0.1μF)起到穩(wěn)定C2(10μF)起到增大驅(qū)動(dòng)力量的作用。TLP250TLP250+15VT1FuF3.3V. 0uR301R2C1C251R4OUTPWM100R1T22-16IGBTTl導(dǎo)通，T2OUT輸出IGBT隨之導(dǎo)通。之截止。TLP250內(nèi)部實(shí)際上是一個(gè)光電耦合電路，其輸入輸出即無電的聯(lián)系，也無磁的聯(lián)系，起到了極好的抗干擾及隔離作用。由于發(fā)光二極管與光電二極管均具有快速響應(yīng)特性，故能適應(yīng)高頻脈沖的要求，所以光耦的輸出與輸入波形完全一樣，幾乎沒有相位移動(dòng)。測量電路信號檢測單元主要完成強(qiáng)弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號放大及濾波等功能，以滿足DSP掌握系統(tǒng)對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量的要求TMS320F2812帶有兩個(gè)8選l多路切換器和雙采/保持器的12位AD其模擬量輸入范圍為0～s)檢測電路如圖2-17所示。.V-15V-15VK0R4162LF2357R25KINPUT31LF235R310K5R55KANxFR110K0C1P0FnC33WD1+15V3+15V32-17信號檢測電路圖由于測量信號多為電壓或電流傳感器輸出信號，因此，測量電路中參加了RSRS。RS后變成電壓信號，信號在濾波后接一個(gè)電壓跟隨器主要起隔離的作用，消退對采樣電路造成的影響和增加驅(qū)動(dòng)力量的作用。電路中加法電路的主要作用是把傳感器發(fā)送來的雙極性信號轉(zhuǎn)換為TMS320F2812可以處理的0~3V單極性信號。穩(wěn)壓管起限幅作用，使該電路的3V0.7VDSP芯片在輸入信號超出范圍時(shí)免受損壞。考慮到一些抗干擾的措施還有必要加上低通濾波電路。本系統(tǒng)需要捕獲電網(wǎng)電壓的頻率來估算無功電流和計(jì)算并網(wǎng)時(shí)刻，電壓頻DSPCAP2-18所示。15Vvin vout

器 感傳 -15V壓電mR

+-LM311N

RCAPINC2-18電壓頻率捕獲電路圖第三章掌握理論及軟件設(shè)計(jì)第三章掌握理論及軟件設(shè)計(jì)--22-第三章掌握策略及軟件設(shè)計(jì)掌握策略選擇掌握策略分為直流間接掌握和直流直接掌握兩種方式。電流直接掌握相對電流間接掌握，歸納起來有以下優(yōu)勢：能做出快速反響，使輸出電流跟蹤參考值。器的實(shí)現(xiàn)帶來很大便利。電流直接掌握可抑制負(fù)序電壓引起的不良反響。負(fù)序電壓存在的時(shí)候，無功電流指令是先用abc-dq內(nèi)或abc 變換到瞬時(shí)無功電流I在通過dq-abcq或abc脈動(dòng)小。統(tǒng)，無條件穩(wěn)定。SVG承受直接掌握后，響應(yīng)速度和掌握精度都比間接掌握法有很大的提的場合，也只能通過多重化、多電平，PWM技術(shù)來降低裝置自身的諧波。直流間接掌握假設(shè)只考慮電網(wǎng)的基波頻率，SVG可以看做是幅值和相位均可以調(diào)整的一個(gè)通過電抗器連接到電網(wǎng)且與電網(wǎng)同頻率的溝通電壓源。而所謂間接掌握，就是SVG溝通側(cè)產(chǎn)生的SVG溝通側(cè)產(chǎn)生的無功電流。分析圖3-1SVG工作相量圖，以吸取滯后電流為例，變流器溝通側(cè)基波電壓UU

UUS

UI構(gòu)成的三角關(guān)系，得等式：LUU UUL S

UI (3-1)sin sin(900) sin(900)U—和UI

USU

UIU

為正；—電抗器的阻抗角；USUULULIUsULIUIIIULIsULI電流超前 (2)電流滯后圖3-1 SVG的等效工作相量圖從而得出：U USU cosLcos

(3-2)穩(wěn)態(tài)時(shí)SVG從電網(wǎng)吸取的無功電流和有功電流有效值分別為：UUX2RX2R2

sinsin(900)

sin(900)

sinsin(900 )X2X2R2cosU

(3-3)UX=0，=0。UUUsinsin(900)UU

sincos) X2RX2R2cos

S SR

(3-4)同理，可以得到有功電流有效值：U UX2X2R2P

cos(900)

US(1cos2) (3-5)2R假設(shè)吸取滯后無功時(shí)，無功電流為正；吸取超前無功時(shí)，無功電流為負(fù)。U滯后于UI

，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，SVG從電網(wǎng)中吸取超前無功電流，此時(shí)和USUI 均為負(fù)值，仍滿足式(3-4)和式(3-5)。由式(3-4)得，當(dāng)角確定值相比照較小Q時(shí)，與I 近似處于線性正比關(guān)系，所以，通過掌握角則可掌握SVG裝置吸Q收的無功電流的幅值及相位。SVG掌握(如輸電補(bǔ)償)，但由于容量大，受電力半導(dǎo)體開關(guān)器件頻率限制，一般無法像直接掌握方法那樣對電流進(jìn)展跟蹤掌握。直流直接掌握掌握技術(shù)對電流波形的瞬時(shí)值進(jìn)展PWM掌握技術(shù)可分為用滯環(huán)比較方式或三角波比較方式兩種。滯環(huán)比較方式SVGf與電網(wǎng)瞬時(shí)無功電流參考值。比較后產(chǎn)生差值信號，假設(shè)此差值小于滯環(huán)最大值，則掌握功率開關(guān)器件在電流增大狀態(tài)；反之，假設(shè)差值小于滯環(huán)最小值，則掌握功率開關(guān)器件在電流減小狀態(tài)。據(jù)此，依據(jù)參考電流的軌跡，輸出電流在滯環(huán)寬度帶內(nèi)跟蹤參考電流。滯環(huán)帶寬度越窄，跟隨效果越好的同時(shí)，使開關(guān)頻率越高，開關(guān)損耗也就越大。滯環(huán)比較有較好的跟蹤效果，掌握參數(shù)也簡潔，但功率器件的開關(guān)頻率變化給輸出濾波器的設(shè)計(jì)帶來困難。此外，假設(shè)滯環(huán)帶固定寬度，在輸出電流小時(shí)諧波電流含量增大。滯環(huán)比較適合于電流變化不大、小容量、開關(guān)頻率高的場合。三角波比較方式SVGi與電網(wǎng)瞬時(shí)無功電流參考值i

ref

相減后，差值信號經(jīng)PI比較方式要略大。實(shí)際上，滯環(huán)比較方式和三角波比較方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，不能孤立而論，日本電氣學(xué)會的調(diào)查結(jié)果也說明白這一點(diǎn)，兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中大體上各占一半，根本相當(dāng)。基于三角波方式開關(guān)頻率恒定不變，降低了對主回路IGBT開關(guān)頻率的要求，本設(shè)計(jì)中選擇了此種方式。瞬時(shí)無功功率檢測階段。傳統(tǒng)的ip

i法僅檢測基波重量，諧波重量通過電流的減法運(yùn)算得出，對q功電流檢測。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為ea

、e、eb

和i、i、ia b

，為了更為便利的分析問題，我們把它們變換到兩相正交的坐標(biāo)系上如圖3-2所示。通過下面的變換可以得到、兩相瞬時(shí)電壓e 、e

如式(3-6)和、兩相瞬時(shí)電流i、i如式(3-7)。

eeC

a

e (3-6)bbe 32 i

eciai

i (3-7) ic式中，

0C 231032

12 1232 32

(3-8)eieipiiqeiipeieipiiqiq圖3-2 坐標(biāo)系中的電壓、電流矢量圖在e、e

和i、i

分別可以合成(旋轉(zhuǎn))電壓矢量e和電流矢量i：

ee e

ee

(3-9)ii i

ii

(3-10) 式中，e、i為矢量e、i的模； 、e i

分別為矢量e、i的幅角。三相電路瞬時(shí)無功功率q(p)為電壓矢量e的模和三相電路瞬時(shí)無功電流iq

(三相電路瞬時(shí)有功電流ip

)的乘積，即：pei (3-11)pqeiq

(3-12)得出：p e

e i

i

C

(3-13)q e

ei

式中，e e C pq e e iap i piiicp

C

pp

(3-14)iaq i qiiicq

C

qq

(3-15)式中，C23

CT。32p、q對于三相電壓、電流的表達(dá)式peiaa

eibb

eicc

(3-16)3q 1e3b

eic ec

eiea

ei

(3-17)可以看出，三相電路瞬時(shí)有功功率就是三相電路的瞬時(shí)功率。軟件流程及程序設(shè)計(jì)3-3TI3-4所示?？傮w流PI調(diào)整器、PWM脈沖PWM脈沖生成均TMS320F2812DSP掌握能夠使實(shí)時(shí)掌握成為現(xiàn)實(shí)。TMS320F2812進(jìn)展軟件構(gòu)造設(shè)計(jì)[10][18]：內(nèi)采樣的開頭時(shí)間。通過定時(shí)器中斷來設(shè)定采樣周期的時(shí)間100μsPWM而實(shí)現(xiàn)掌握直流側(cè)電壓的目的，同時(shí)對主電路進(jìn)展過流、欠壓、過壓等保護(hù)功能。A/D631路直流側(cè)電壓進(jìn)展采樣。程序調(diào)試運(yùn)用JTAG調(diào)試接口。TMS320F2812通信程序：#include“DSP2812_Device.h”Interruptvoidescirxinta_isr(void); //SCIA串行接收中斷效勞程序UnsignedintRecieveChar;VoidScia_init //SCIA初始化程序{EALLOW;GpioMuxRegs.GPFMUX.all=0x0030; //設(shè)置GPIOF4/SCITXDA和GPIOF5/SCITXDA為通信端口EDIS;SciaRegs.SCICTL2.all=0x0000; //制止接收和發(fā)送中斷SciaRegs.SCIBAUD=0x00E7; //9600bit/sSciaRegs.SCIHBUD=0x0001; //BRR=0x00E7=487SciaRegs.SCICCR.all=0x0007; //1個(gè)停頓位，無校驗(yàn)，8位字符SciaRegs.SCICTL1.all=0x0023; //脫離復(fù)位狀態(tài)，使能接收發(fā)送}Voidmain(void){InitSysCrtl; //系統(tǒng)初始化DINT; //制止和去除全部的CPU中斷IER=0x0000;IFR=0x0000;Scia_init; //SCIA初始化InitPieCtrl; //PIE初始化InitPieVectTable; //中斷向量表初始化EALLOW;PieVectTable.RXAINT=&scirxinta_isr; //SCIA中斷向量EDIS;PieCtrlRegs.PIEIER9.bit.INTx1=1; //使能SCIRXINTA中斷IER=M_INT9;EINT;ERTM; //開放全局實(shí)時(shí)調(diào)試中斷DBGMWhile(1) {;}}Interruptvoidscirxinta_isr(void) //SCIA串行接收中斷效勞程序{ EINT; //允許中斷嵌套RecieveChar=SciaRegs.SCIRXBUF.all;SciaRegs.SCITXBUF=RecieveChar; //接收到的字符RecieveChar送回While(Sciaregs.SCICTL2.bit.TXRDY==0){}PieCtrlRegs.PIEACK.all=PIEACK_GROU