本實用新型涉及電力電子技術領域中的一種無功發(fā)生器，特別是一種基于多采樣信號自適應匹配控制的35kV直掛靜止無功發(fā)生器。本實用新型是一種35kV電壓等級及以上的高壓靜止無功發(fā)生器，其適用于相序糾錯及自動調(diào)整的匹配控制。

背景技術：

目前，隨著電力電子技術的快速發(fā)展及瞬時無功功率理論的深入研究，采用自換相變流電路的新型靜止無功發(fā)生器，可以實現(xiàn)從感性到容性無功功率的寬范圍連續(xù)補償，同時還具有調(diào)節(jié)速度快、運行范圍廣、欠壓條件下無功調(diào)節(jié)能力強、諧波含量及占地面積大大減少的優(yōu)勢。因此，這種新型靜止無功發(fā)生器被廣泛應用于高壓無功補償領域。靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator)簡稱SVG。

眾所周知，三相電網(wǎng)電源相序的正確性是SVG并網(wǎng)正常運行必要條件，即要確保SVG在運行過程中的三相H橋逆變器單元級連輸出的電壓相序與系統(tǒng)母線的相序一致，否則，SVG投入運行時易造成短路或者是巨大的環(huán)流而損壞設備。此外，并網(wǎng)側(cè)電流與補償側(cè)的電壓、電流相位的正確性也是保證無功補償?shù)谋匾獥l件，否則也是無法達到準確的補償效果。

據(jù)申請人所知，現(xiàn)有的SVG裝置的電壓檢測是通過在系統(tǒng)母線電壓的主回路上安裝三個高壓電壓互感器對三相相電壓進行分別測量，然后把高壓電壓互感器二次側(cè)的電壓信號采入控制器的信號調(diào)理板中。在采樣回路中，需要人工保證三相電壓互感器原邊與系統(tǒng)母線電網(wǎng)的相位對應，即A、B、C相電壓互感器與A、B、C相系統(tǒng)母線電壓對應,且A、B、C相電壓為正序；三相高壓電壓互感器的一次與二次相位對應；三相高壓電壓互感器的二次側(cè)相位與控制器的信號調(diào)理板的輸入保證相位一致；采樣電流信號相位正確。由此可知，存在調(diào)試時需確認采樣回路的每個環(huán)節(jié)的正確性，同時SVG在不接入系統(tǒng)電網(wǎng)電壓時級連H橋逆變單元只能短時輸出，因而會造成不利于系統(tǒng)的多電壓與級連H橋逆變單元輸出的對相的情況，這樣增加了現(xiàn)場調(diào)試人員工作的難度，需要花費大量的時間在現(xiàn)場校線、對相，同時10kV電壓等級及以下的直掛SVG由于電壓互感器的體積不算太大、且直接安裝于啟動柜，尚且能夠承受，而對于35kV電壓等級及以上的直掛SVG，由于高壓電壓互感器的體積大，需考慮耐壓等級、 安裝不便及價格高等因素，基于以上原因，必須對于現(xiàn)有的SVG裝置進行改進。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是，針對上述現(xiàn)有技術存在的不足進行改進，提出并研究一種基于多采樣信號自適應匹配控制的35kV直掛靜止無功發(fā)生器。本實用新型能夠克服現(xiàn)有技術的不足，取消現(xiàn)有SVG設備匹配的三相高壓電壓互感器，采用用戶母線高壓柜內(nèi)的高壓電壓互感器的二次電壓采樣信號作為并網(wǎng)電壓信號，同時基于專家系統(tǒng)實現(xiàn)三相系統(tǒng)電壓及電流采樣信號的自適應匹配控制。本實用新型通過特定的算法及硬件檢測電路，推算出相序的接法，進行自動調(diào)整級連H橋逆變單元輸出電壓的相位與系統(tǒng)電網(wǎng)電壓相位一致，實現(xiàn)高效、準確的并網(wǎng)。

本實用新型的技術解決方案是，包括觸摸屏、PLC、主控制器DSP、核心控制器FPGA、濾波電路、運放電路與AD采樣電路、信號調(diào)理電路、光纖、RS485，主控制器DSP配有操作系統(tǒng)，核心控制器FPGA配有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，觸摸屏通過RS485配接PLC，PLC通過RS485配接主控制器DSP，PLC通過光纖配接核心控制器FPGA，主控制器DSP與核心控制器FPGA連接，核心控制器FPGA配接濾波電路、運放電路與AD采樣電路，濾波電路、運放電路與AD采樣電路配接信號調(diào)理電路，核心控制器FPGA通過光纖與H橋逆變單元CPLD配連。

其特征在于，主控制器DSP與核心控制器FPGA的連接是通過管腳硬連接。

其特征在于，PLC設有兩個輸入端口和一個輸出端口。

其特征在于，PLC設有的兩個輸入端口分別配接變壓器連接組別設定單元和電網(wǎng)性質(zhì)設定單元。

其特征在于，PLC設有的一個輸出端口配接相位生成及調(diào)整記錄和電壓、電流相量圖單元。

其特征在于，核心控制器FPGA采用ALTRA的Cyclone IV系列的芯片EP4CE115F23I7。

其特征在于，核心控制器FPGA與H橋逆變單元CPLD采用二根光纖通迅。

本實用新型的工作過程主要包括以下步驟：

第一步驟：把用戶的主變壓器的原邊的三相相電壓、二相相電流的二次采樣信號，接入信號調(diào)理電路。通過信號調(diào)理電路上的低壓電壓互感器、電流互感器折算成一定范圍的電壓信號。

第二步驟:從用戶35kV的高壓PT柜取直掛SVG并網(wǎng)所需的三相并網(wǎng)相電壓信號，即把用戶35kV高壓PT柜內(nèi)的電壓互感器二次側(cè)的電壓信號引入信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成一定范圍的電壓信號。

第三步驟：采樣信號經(jīng)過濾波電路、運放電路及AD采樣電路的處理后，再由核心控制器FPGA對采樣信號進行實時的模數(shù)轉(zhuǎn)換及基波提取，得到主變壓器原邊三相相電壓U_ha、U_hb、U_hc信號，原、副邊三相相電流I_ha、I_hb、I_hc、I_sa、I_sb、I_sc信號，并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc信號。

第四步驟：根據(jù)用戶主變壓器的連接組別及電網(wǎng)的性質(zhì)判斷，從而調(diào)整級連H橋逆變單元輸出：根據(jù)用戶主變壓器的連接組別，F(xiàn)PGA計算U_ha與U_sa的相位差、U_hb與U_sb的相位差、U_hc與U_sc的相位差，同時判斷主變高壓側(cè)信號U_ha、U_hb、U_hc的正、負相序是否與主變壓器副邊相電壓U_sa、U_sb、U_sc的正、負相序相同；判斷用戶主變壓器原邊的相電壓與相電流的相位差即U_ha與I_ha的相位差、U_hb與I_hb的相位差、U_hc與I_hc的相位差是否與用戶主變壓器原邊電網(wǎng)的性質(zhì)相對應；判斷用戶主變壓器副邊的相電壓與相電流的相位差即U_sa與I_sa的相位差、U_sb與I_sb的相位差、U_sc與I_sc的相位差是否與用戶主變壓器副邊電網(wǎng)的性質(zhì)相對應。根據(jù)綜合的判斷與算法控制生成電壓及電流信號的相量圖，同時自動進行用戶主變壓器原邊電壓、原邊與副邊電流的自適應調(diào)整控制。

第五步驟：根據(jù)檢測出的三相系統(tǒng)并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc的正、負相序自動調(diào)整控制器FPGA的三相調(diào)制波相位，通過PWM逆變控制，使三相級連H橋逆變單元的疊加輸出相電壓U_oa、U_ob、U_oc的相位分別與系統(tǒng)并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc的相位保持同向。根據(jù)直掛SVG輸出的容性與感性無功，判斷H橋逆變單元級連輸出電壓相位與SVG的A、C相霍爾輸出電流I_oa、I_oc的相位差，綜合判斷與算法控制后，自動調(diào)整直掛SVG的A、C相霍爾輸出電流I_oa、I_oc的相位。

第六步驟：根據(jù)所有的實際采樣信號生成各個采樣信號的相量圖，以及根據(jù)用戶主變壓器的連接組別生成的理論上的原、副邊相電壓相量圖，并在操作記錄中生成相位調(diào)整記錄。

本實用新型的優(yōu)點是，與現(xiàn)有的技術相比，本實用新型的結構優(yōu)化，設計合理，使用效 果好。

本實用新型通過特定的算法，能夠快速的對35kV直掛SVG的用于無功補償?shù)碾妷杭半娏餍盘栠M行糾正，同時針對并網(wǎng)電壓無論正、負序接線，進行自動調(diào)整H橋逆變單元電壓疊加輸出的相位與系統(tǒng)并網(wǎng)電壓相位準確一致，同時做到電壓、電流信號相量分布的可視化，極大的節(jié)省了時間和人力，保證了對相準確度。同時取消了體積大、不易安裝、價格高的并網(wǎng)電壓檢測環(huán)節(jié)的高壓電壓互感器，降低了電氣及結構設計人員的工作量和SVG裝置的生產(chǎn)成本。核心控制器FPGA采用ALTRA的Cyclone IV系列的芯片EP4CE115F23I7，性價比高，速度快，容量大。

附圖說明

圖1、本實用新型的基本結構方框圖。

圖2、本實用新型的控制原理圖。

圖3、直掛SVG的主電路結構圖。

具體實施方式

下面，結合附圖對本實用新型的實施例作詳細描述。

如圖1所示，本實用新型包括觸摸屏、PLC、主控制器DSP、核心控制器FPGA、濾波電路、運放電路與AD采樣電路、信號調(diào)理電路、光纖、RS485、H橋逆變單元CPLD，主控制器DSP配有操作系統(tǒng)，核心控制器FPGA配有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，觸摸屏通過RS485組成的通訊線路配接PLC，PLC通過RS 485組成的通訊線路配接主控制器DSP，PLC通過光纖配接核心控制器FPGA，主控制器DSP與核心控制器FPGA通過管腳硬連接，核心控制器FPGA配接濾波電路、運放電路與AD采樣電路，濾波電路、運放電路與AD采樣電路配接信號調(diào)理電路，核心控制器FPGA通過光纖組成的通訊線路分別配接多個H橋逆變單元CPLD。H橋逆變單元CPLD安裝在單元板上。信號調(diào)理電路安裝在信號調(diào)理板上。直掛SVG采用級聯(lián)H橋逆變單元，級聯(lián)H橋逆變單元包括多個H橋逆變單元CPLD。

本實用型的采用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為專用的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)的三相系統(tǒng)電壓及電流采樣信號自適應匹配控制。

如圖3所示，直掛SVG的主回路采用預充電開關、主開關、預充電電阻與電網(wǎng)實現(xiàn)配連，直掛SVG的主電路包括三個分電路，每個分電路對接電網(wǎng)的一個相線，每個分電路由42個結構相同的H橋逆變單元CPLD級連而成，對應三個相的三個分電路的級連H橋逆變 單元分別串聯(lián)一個電抗器L_sa、L_sb、L_sc，通過預充電開關、主開關、預充電電阻接入并網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)，直掛SVG與電網(wǎng)并網(wǎng)的三相電壓為U_sa、U_sb、U_sc。級連H橋逆變單元是由H橋逆變單元CPLD、IGBT驅(qū)動電路、IGBT模塊、薄膜電容、均壓電阻組成，級連H橋逆變單元的作用是實現(xiàn)PWM逆變電壓的生成。

PLC設有兩個輸入端口和一個輸出端口。

PLC設有的兩個輸入端口分別配接變壓器連接組別設定單元和電網(wǎng)性質(zhì)設定單元。

PLC設有的一個輸出端口配接相位生成及調(diào)整記錄和電壓、電流相量圖單元。

核心控制器FPGA采用ALTRA的Cyclone IV系列的芯片EP4CE115F23I7。

核心控制器FPGA與H橋逆變單元CPLD采用二根光纖通迅。

如圖2所示，本實用新型的控制流程包括START(開始)，電壓、電流信號的AD轉(zhuǎn)換，電壓、電流信號的基波提取，進行主變壓器的原、副邊電壓的相序是否是同相序的確定；如果YES，則根據(jù)主變高壓側(cè)電網(wǎng)的性質(zhì)、主變低壓側(cè)電網(wǎng)的性質(zhì)判斷各自側(cè)的電壓與電流的相位；如果NO，在確認主變壓器副邊并網(wǎng)電壓互感器原、副邊檢測對應的情況下，自動調(diào)整變壓器原邊的三相電壓相位，隨后，再根據(jù)主變高壓側(cè)電網(wǎng)的性質(zhì)、主變低壓側(cè)電網(wǎng)的性質(zhì)判斷各自側(cè)的電壓與電流的相位；接下來由控制器根據(jù)并網(wǎng)電壓相位，自動調(diào)整H橋逆變單元的級連輸出相位；之后，根據(jù)SVG輸出的容性和感性無功判斷H橋逆變單元級連輸出電壓與SVG的A、C相霍爾電流的相位，綜合判斷和自動調(diào)整SVG的A、C相霍爾電流的相位；按下來，生成實際采樣信號相量圖、根據(jù)主變連接組別生成相量圖、生成建議相位調(diào)整記錄。最后，控制流程結束。

本實用新型的工作過程主要包括以下步驟：

第一步驟：把用戶的主變壓器的原邊的三相相電壓、二相相電流的二次采樣，接入信號調(diào)理電路板。通過信號調(diào)理板上的低壓電壓互感器、電流互感器折算成一定范圍的電壓信號。

第二步驟：從用戶35kV的高壓PT柜取直掛SVG并網(wǎng)所需的三相并網(wǎng)相電壓信號，即把用戶35kV高壓PT柜內(nèi)的電壓互感器二次側(cè)的電壓信號引入信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成一定范圍的電壓信號。

第三步驟：采樣信號經(jīng)過濾波電路、TL064運放電路及MAX1320高速AD轉(zhuǎn)換電路的處理后，F(xiàn)PGA對采樣信號進行實時的模數(shù)轉(zhuǎn)換及基波提取，得到主變壓器原邊三相相電壓 U_ha、U_hb、U_hc信號，原、副邊三相相電流I_ha、I_hb、I_hc、I_sa、I_sb、I_sc信號，并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc信號。核心控制器FPGA采用ALTRA的Cyclone IV系列的芯片EP4CE115F23I。

第四步驟：根據(jù)用戶主變壓器的連接組別及電網(wǎng)的性質(zhì)判斷，從而調(diào)整級連H橋逆變單元輸出：根據(jù)用戶主變壓器的連接組別，F(xiàn)PGA計算U_ha與U_sa的相位差、U_hb與U_sb的相位差、U_hc與U_sc的相位差，同時判斷主變高壓側(cè)信號U_ha、U_hb、U_hc的正、負相序是否與主變壓器副邊相電壓U_sa、U_sb、U_sc的正、負相序相同；判斷用戶主變壓器原邊的相電壓與相電流的相位差即U_ha與I_ha的相位差、U_hb與I_hb的相位差、U_hc與I_hc的相位差是否與用戶主變壓器原邊電網(wǎng)的性質(zhì)相對應；判斷用戶主變壓器副邊的相電壓與相電流的相位差即U_sa與I_sa的相位差、U_sb與I_sb的相位差、U_sc與I_sc的相位差是否與用戶主變壓器副邊電網(wǎng)的性質(zhì)相對應。核心控制器FPGA根據(jù)綜合的判斷與算法控制生成電壓及電流信號的相量圖，同時自動進行用戶主變壓器原邊電壓、原邊與副邊電流的自適應調(diào)整控制。

第五步驟：根據(jù)檢測出的三相系統(tǒng)并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc的正、負相序自動調(diào)整控制器FPGA的三相調(diào)制波相位，通過PWM逆變控制，使三相級連H橋逆變單元的疊加輸出相電壓U_oa、U_ob、U_oc的相位分別與系統(tǒng)并網(wǎng)相電壓U_sa、U_sb、U_sc的相位保持同向。根據(jù)直掛SVG輸出的容性與感性無功，判斷H橋逆變單元級連輸出電壓相位與直掛SVG的A、C相霍爾輸出電流I_oa、I_oc的相位差，綜合判斷與算法控制后，自動調(diào)整直掛SVG的A、C相霍爾輸出電流I_oa、I_oc的相位。

第六步驟：主控制器DSP根據(jù)所有的實際采樣信號生成各個采樣信號的相量圖，以及根據(jù)用戶主變壓器的連接組別生成的理論上的原、副邊相電壓相量圖，并在操作記錄中生成相位調(diào)整記錄。