基于改進瞬時無功功率的statcom控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于它包括采集電路、控制電路、驅(qū)動電路、主電路和保護電路；其工作方法為：數(shù)據(jù)采集、處理、控制、驅(qū)動；其優(yōu)越性在于：設計簡單，成本低；執(zhí)行速度快，而從提高STATCOM的實時響應速度，增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；檢測方法簡單易懂，容易編程，有利于應用推廣。
【專利說明】基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)及方法
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)靜止同步補償器(StaticSynchronous Compensator-
STATCOM)檢測與控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)及方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]靜止同步補償器(STATCOM)是屬于靈活柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)的重要組成部 分，是當今無功補償領(lǐng)域最新技術(shù)的代表。隨著大功率電力電子器件的日趨發(fā)展，STATCOM 在電力系統(tǒng)中的應用也越來越廣泛。在配電網(wǎng)中，STATCOM能有效解決電壓波動、電壓暫降、 電壓不平衡、諧波污染等多種電能質(zhì)量問題。因此成為當前電氣工程領(lǐng)域研究的熱點之一。
[0003]STATCOM的基本原理是利用可關(guān)斷大功率電力電子器件(如IGBT，GTO等)組成自 換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和 相位，或者直接控制其交流側(cè)電流，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實 現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。能否準確和快速的檢測出無功電流是無功補償技術(shù)的關(guān)鍵。所以 STATCOM的準確檢測方法的研究顯得尤為重要。目前廣泛應用的瞬時無功功率檢測方法只 能在理想電網(wǎng)電壓情況下可以準確地檢測出系統(tǒng)中的無功電流。其原因是在電網(wǎng)電壓不對 稱時，電壓的實際過零點與電壓基波過零點存在有相位差。而實際的電網(wǎng)電壓波形很多情 況下都存在不同程度的畸變和不對稱。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本發(fā)明目的在于提供一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)及方法，它 可以克服現(xiàn)有瞬時無功功率檢測算法的不足，通過dq變換同步提取出電壓和電流的基波 正序分量，經(jīng)過坐標變換，移相、從而得出電流基波正序無功分量，能實時的檢測出三相電 壓畸變且不對稱時基波正序無功電流，是一種計算精度高、檢測準確性高的控制系統(tǒng)，方法 簡單易行。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在 于它包括采集電路、控制電路、驅(qū)動電路、主電路和保護電路；其中，所述采集電路的輸入端 連接外部電網(wǎng)中的電壓互感器，其輸出端連接控制電路的輸入端；所述控制電路的輸出端 連接驅(qū)動電路上的輸入端；所述驅(qū)動電路的輸出端連接主電路的輸入端；所述主電路的輸 出端輸出補償電流信號反饋給電網(wǎng)；所述保護電路輸入端連接直流母線電流互感器，其輸 出端連接控制電路的輸入端。
[0006]所述采集電路由電壓互感器、二極管Dl1、二極管D12、電容C11、電阻Rl1、放大電 路0P07、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、二極管D21、二極管D22組成；將采集的信 號處理后送入控制電路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊端口，其連接為常規(guī)連接。
[0007]所述電壓互感器采用TA10104 — 2K臥式穿芯微型精密交流電壓互感器。
[0008]所述控制電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、DSP芯片、數(shù)據(jù)存儲模塊組成；所述數(shù)模裝換模塊輸入端與采集電路輸出端連接，其輸出端與DSP芯片輸入端呈雙向連接；所述DSP輸入端同時與保護電路輸出端相連接，其輸出端與驅(qū)動電路輸入端連接，同時與數(shù)據(jù)存儲模塊呈雙向連接。
[0009]所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用TI公司的ADC轉(zhuǎn)換芯片ADS8364。
[0010]所述DSP芯片采用TMS320F2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM，128K片內(nèi)FLASH，128K板上存儲器，與上位機通過RS232接口通信。[0011]所述驅(qū)動電路由驅(qū)動芯片、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35、電阻 R36、電容C31、電容C32、二極管D31、穩(wěn)壓管DWl、穩(wěn)壓管DW2組成；將驅(qū)動信號輸入主電路觸發(fā)IGBT ;所述驅(qū)動芯片采用富士公司生產(chǎn)的混合IC驅(qū)動器EXB841。
[0012]所述主電路由三相逆變橋式電路和電容C構(gòu)成；所述每個橋臂均有一個IGBT開關(guān)管和一個二極管反并聯(lián)而成，每個橋臂的一端分別連接電網(wǎng)的三相線路，另一端連接電容 C ;所述每個IGBT開關(guān)管的門極接受驅(qū)動電路發(fā)出的驅(qū)動信號。
[0013]所述IGBT采用EUPEC公司生產(chǎn)的IGBT模塊，型號為BSM50GB120DN。
[0014]所述保護電路由電流傳感器、LM311比較器、電阻R41、電阻R42電阻R43、電阻 R44、電容C41、電容C42組成。檢測逆變橋輸入直流母線上的電流，輸出信號送入控制電路 DSP的INT中斷口 ；所述電流傳感器采用日本HINooE公司生產(chǎn)的直測式霍爾效應電流傳感器 HAPS — 200/4。
[0015]一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM檢測與控制系統(tǒng)及方法，其特征在于包括以下步驟:
[0016](I)將采集電路檢測得到的電壓信號輸入控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行轉(zhuǎn)換。
[0017](2)將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號輸入控制電路的DSP芯片。
[0018](3)DSP芯片利用得到的數(shù)字信號進行無功電流的計算，調(diào)節(jié)后得到所需補償量的大小，然后將補償量轉(zhuǎn)化為調(diào)制信號，再計算SPWM脈沖發(fā)出響應的SPWM脈沖，送入驅(qū)動電路。
[0019](4)驅(qū)動電路發(fā)出信號控制主電路中6個IGBT開關(guān)器件的通斷。
[0020](5)主電路中的各橋臂根據(jù)接收到的信號決定各橋臂的通斷以產(chǎn)生期望補償?shù)臒o功電流。
[0021]所述步驟(3)中的無功電流檢測計算由以下步驟構(gòu)成:
[0022]①將采集電路得到的電壓信號通過控制電路的DSP芯片進行坐標變換；
[0023]②經(jīng)過坐標變化的信號在DSP芯片中進行數(shù)字低通濾波得到其直流分量，直流分量通過DSP芯片實時計算得到電壓基波正序分量的初相角0 ；
【權(quán)利要求】
1.一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于它包括采集電路、控制電路、驅(qū)動電路、主電路和保護電路；其中，所述采集電路的輸入端連接外部電網(wǎng)中的電壓互感器，其輸出端連接控制電路的輸入端；所述控制電路的輸出端連接驅(qū)動電路上的輸入端；所述驅(qū)動電路的輸出端連接主電路的輸入端；所述主電路的輸出端輸出補償電流信號反饋給電網(wǎng)；所述保護電路輸入端連接直流母線電流互感器，其輸出端連接控制電路的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述采集電路由電壓互感器、二極管D11、二極管D12、電容C11、電阻R11、放大電路0P07、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、二極管D21、二極管D22組成；將采集的信號處理后送入控制電路模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊端口，其連接為常規(guī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述電壓互感器采用TA10104 — 2K臥式穿芯微型精密交流電壓互感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、DSP芯片、數(shù)據(jù)存儲模塊組成；所述數(shù)模裝換模塊輸入端與采集電路輸出端連接，其輸出端與DSP芯片輸入端呈雙向連接；所述DSP輸入端同時與保護電路輸出端相連接，其輸出端與驅(qū)動電路輸入端連接，同時與數(shù)據(jù)存儲模塊呈雙向連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用TI公司的ADC轉(zhuǎn)換芯片ADS8364 ;所述DSP芯片采用 TMS320F2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM，128K片內(nèi)FLASH，128K板上存儲器， 與上位機通過RS232接口通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動電路由驅(qū)動芯片、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35、電阻R36、電容 〇31、電容032、二極管031、穩(wěn)壓管011、穩(wěn)壓管012組成；將驅(qū)動信號輸入主電路觸發(fā)IGBT ； 所述驅(qū)動芯片采用富士公司生產(chǎn)的混合IC驅(qū)動器EXB841。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述主電路由三相逆變橋式電路和電容C構(gòu)成；所述每個橋臂均有一個IGBT開關(guān)管和一個二極管反并聯(lián)而成，每個橋臂的一端分別連接電網(wǎng)的三相線路，另一端連接電容C ;所述每個IGBT開關(guān)管的門極接受驅(qū)動電路發(fā)出的驅(qū)動信號；所述IGBT采用EUPEC公司生產(chǎn)的 IGBT 模塊，型號為 BSM50GB120DN。`
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM控制系統(tǒng)，其特征在于所述保護電路由電流傳感器、LM311比較器、電阻R41、電阻R42電阻R43、電阻R44、電容 C41、電容C42組成。檢測逆變橋輸入直流母線上的電流，輸出信號送入控制電路DSP的INT 中斷口 ；所述電流傳感器采用日本HINooE公司生產(chǎn)的直測式霍爾效應電流傳感器HAPS — 200/4。
9.一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM檢測與控制系統(tǒng)及方法，其特征在于包括以下步驟:(1)將采集電路檢測得到的電壓信號輸入控制電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行轉(zhuǎn)換。(2)將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號輸入控制電路的DSP芯片。(3)DSP芯片利用得到的數(shù)字信號進行無功電流的計算，調(diào)節(jié)后得到所需補償量的大小，然后將補償量轉(zhuǎn)化為調(diào)制信號，再計算SPWM脈沖發(fā)出響應的SPWM脈沖，送入驅(qū)動電路。(4)驅(qū)動電路發(fā)出信號控制主電路中6個IGBT開關(guān)器件的通斷。(5)主電路中的各橋臂根據(jù)接收到的信號決定各橋臂的通斷以產(chǎn)生期望補償?shù)臒o功電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種基于改進瞬時無功功率的STATCOM檢測與控制系統(tǒng)及方法，其特征在于所述步驟(3)中的無功電流檢測計算由以下步驟構(gòu)成:①將采集電路得到的電壓信號通過控制電路的DSP芯片進行坐標變換；②經(jīng)過坐標變化的信號在DSP芯片中進行數(shù)字低通濾波得到其直流分量，直流分量通過DSP芯片實時計算得到電壓基波正序分量的初相角0 ；
【文檔編號】H02J3/18GK103560528SQ201310576582
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉少宇, 馬幼捷, 李毅, 周雪松, 高明杰, 高峰, 王銀明, 徐 明, 王平, 趙希輝, 鄭宇清 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司, 天津理工大學