專利名稱：一種基于混合混沌序列發(fā)生器的statcom控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于柔性輸電系統(tǒng)(FACTS-Flexible Alternative Current
Transmission System)靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM-Static Synchronous Compensator)
設(shè)備和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和傳輸功率不斷加大，低頻區(qū)域模式的阻尼在不斷減小，使得電力系統(tǒng)的低頻振蕩現(xiàn)象更加嚴(yán)重。近年來，為了提高現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的輸電能力， 除了增加輸電線路，柔性交流輸電系統(tǒng)裝置的廣泛應(yīng)用正在逐步取代傳統(tǒng)的電力裝置。STATCOM在電力系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無功功率的目的，可以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)無功功率的補(bǔ)償，減少電壓閃爍、實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定，阻尼次同步震蕩、減少電壓和電流的不平衡，及其在配電網(wǎng)中用于改善電能質(zhì)量等等，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、校正功率因數(shù)、平衡負(fù)荷、濾除諧波等方面均具有很大的優(yōu)勢(shì)，并且它具有起動(dòng)無沖擊、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為最有前途的無功補(bǔ)償裝置，在高壓大容量電力系統(tǒng)中飛速發(fā)展，是柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部件之一。STATCOM正以其眾多的優(yōu)越性成為研究熱點(diǎn)，但是STATCOM是否可以很好的達(dá)到在電力系統(tǒng)中期望的維持節(jié)點(diǎn)電壓、阻尼系統(tǒng)振蕩、提高輸電系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定等作用，關(guān)鍵在于其控制器的設(shè)計(jì)水平。本實(shí)用新型基于STATCOM的工作原理、組成方式進(jìn)行研究，并提出了一種STATCOM控制器的設(shè)計(jì)框架，對(duì)其中的脈沖發(fā)生器使用CPLD進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變單元的CSPWM調(diào)制。本實(shí)用新型基于一種混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置。針對(duì)STATCOM 對(duì)逆變單元的要求，利用CPLD的高速、并行處理能力和混合混沌序列特性，設(shè)計(jì)了 STATCOM 的一種混合混沌序列發(fā)生器。該發(fā)生器通過1/0 口接受數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)寫入的 CSPWM (Chaos SPWM)控制變量λ、δ，然后由CPLD定時(shí)產(chǎn)生CSPWM脈沖信號(hào)。CPLD在初始化后，可以獨(dú)立于DSP進(jìn)行觸發(fā)脈沖信號(hào)的形成。利用MAX+PLUS II平臺(tái)，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)發(fā)生器的數(shù)字邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM系統(tǒng)的CSPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM的控制， 達(dá)到更好的無功補(bǔ)償作用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置，該系統(tǒng)利用MAX+PLUS II平臺(tái)，結(jié)合VHDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)CPLD芯片的控制，通過1/0 口接受數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)寫入的CSPWM控制變量δ、λ，然后由CPLD定時(shí)產(chǎn)生CSPWM脈沖信號(hào)， 達(dá)到對(duì)STATCOM的快速、準(zhǔn)確的控制，及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償。本實(shí)用新型提供的基于混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置，包括DSP單元與脈沖發(fā)生單元連接；用于數(shù)據(jù)采集、反饋和算法的實(shí)現(xiàn)，采集、變換現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)無功調(diào)節(jié)及多目標(biāo)模糊控制功能，利用混合混沌序列實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制，用來達(dá)到穩(wěn)定電壓、提高暫態(tài)穩(wěn)定極限、阻尼振蕩的目的，也用于STATC0M的調(diào)試和測(cè)試工作；脈沖發(fā)生單元即CPLD單元由數(shù)據(jù)線及控制線與DSP單元連接，然后與功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元相接；功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元與脈沖發(fā)生單元CPLD和混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元相接；混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元與脈沖發(fā)生單元和電力系統(tǒng)相接。本實(shí)用新型基于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)型DSP+CPLD控制結(jié)構(gòu)，通過CAN總線同時(shí)與人機(jī)接口、DSP單元、CPLD單元、MCU單元連接，并通過人機(jī)接口經(jīng)過TCP/IP協(xié)議與遠(yuǎn)程控制PC 機(jī)相連，見圖3。所述的功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元包括光電隔離電路與功率放大電路相連；功率放大電路與光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)管電路相連；功率放大電路的一相包括放大“+Al”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U9、二極管Dl、電阻和三極管m ；放大“-Al”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U10、二極管D2、電阻和三極管N2 ；放大“+A2”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦 U11、二極管D3、電阻和三極管N3 ；放大“-A2”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U12、二極管D4、電阻和三極管N4 ；同理另外兩相共12個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)電路；功率驅(qū)動(dòng)管電路與功率放大電路相連。所述的混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元，包括儲(chǔ)能裝置與逆變器模塊相連；逆變器模塊每個(gè)模塊由4個(gè)IGBT單元組成，N個(gè)模塊共計(jì)4*N個(gè)IGBT單元；濾波裝置由LC濾波電路構(gòu)成，與前級(jí)功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元相連，然后與電網(wǎng)相連。所述的實(shí)現(xiàn)混合混沌序列的發(fā)生器單元(圖7，8)包括主要依據(jù)混合混沌序列(無限折疊混沌序列和Chebyshev混沌序列)的周期性和快速實(shí)現(xiàn)均勻性，去調(diào)制STATC0M的SPWM實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)逆變單元的調(diào)制。利用MAX+Plus II設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)混合混沌序列的發(fā)生器設(shè)計(jì)。VHDL硬件描述語(yǔ)言主要用于描述控制裝置的結(jié)構(gòu)、行為和接口?？刂蒲b置的結(jié)構(gòu)用有限狀態(tài)機(jī)描述，接口是指PC機(jī)與CPLD芯片的連接。CPLD芯片，包含有宏塊，可編程的內(nèi)部連線資源和基本邏輯門，其輸出信號(hào)與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)專用的SPWM脈沖發(fā)生器。CPLD芯片隨時(shí)接收控制器發(fā)出的指令信號(hào)，然后根據(jù)指令自行產(chǎn)生出具有死區(qū)的三相六路SPWM脈沖信號(hào)。同時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)具有一定的保護(hù)功能，防止一旦逆變發(fā)生失敗時(shí)，燒毀外圍的設(shè)備。MAX+Plus II主要用于設(shè)計(jì)新器件和大規(guī)模CPLD/FPGA，使用簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)速度非?？?。本實(shí)用新型工作原理本案所涉及的基于混合混沌序列發(fā)生器的STATC0M控制裝置旨在針對(duì)STATC0M 對(duì)逆變單元的要求，利用CPLD單元的高速、并行處理能力和混合混沌序列特性，設(shè)計(jì)了 STATC0M的一種混合混沌序列發(fā)生器。該發(fā)生器通過I/O 口接受數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 寫入的CSPWM(Chaos SPWM)控制變量λ、δ，然后由CPLD單元定時(shí)產(chǎn)生CSPWM脈沖信號(hào)。CPLD單元在初始化后，可以獨(dú)立于DSP單元進(jìn)行觸發(fā)脈沖信號(hào)的形成。利用MAX+PLUS II 平臺(tái)，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)發(fā)生器的數(shù)字邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)STATC0M系統(tǒng)的CSPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)STATC0M的控制，達(dá)到更好的無功補(bǔ)償作用。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)采用模塊化結(jié)構(gòu)使得各功能模塊的程序編制相對(duì)于對(duì)STATC0M控制器進(jìn)行整體編程容易得多。(2)利用混合混沌序列實(shí)現(xiàn)對(duì)SPWM的調(diào)制。(3) STATC0M各功能模塊的輸出數(shù)據(jù)易于監(jiān)測(cè)，有助于STATC0M控制器的故障檢測(cè)。(4)引入PC作為人機(jī)交互的接口， 使得對(duì)STATC0M的操作簡(jiǎn)單化。(5)由于PC的引入，便于底層協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的連接， 因此可以通過與INTERNET連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)STATC0M的遠(yuǎn)程控制。(6)控制器擁有全數(shù)字化、具有部分保護(hù)功能、高速并行處理、采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理及控制算法等特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的脈沖發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的控制器的總體示意圖。圖4為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置功率驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的混合型級(jí)聯(lián)多電平逆變器的單相結(jié)構(gòu)圖。圖6為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的混合型級(jí)聯(lián)多電平逆變器的CSPWM的三相調(diào)制結(jié)構(gòu)圖。圖7為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的混合混沌序列的產(chǎn)生模塊示意圖圖8為本實(shí)用新型所涉一種混合混沌序列的STATC0M控制裝置的混合混沌序列實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 一種基于混合混沌序列發(fā)生器的STATC0M控制裝置(見圖1)本系統(tǒng)由以下單元組成實(shí)現(xiàn)控制的DSP單元，脈沖發(fā)生單元，功率驅(qū)動(dòng)單元，控制脈沖的發(fā)生器單元，功率驅(qū)動(dòng)單元，混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元，及實(shí)現(xiàn)混合混沌序列發(fā)生器單元，連接于電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償功能。數(shù)據(jù)采集、反饋和算法實(shí)現(xiàn)的DSP單元(圖2，3)采集、變換現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)如系統(tǒng)電壓、STATC0M裝置的輸出電流和直流側(cè)電壓等；實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)無功調(diào)節(jié)及多目標(biāo)模糊控制等功能；用來達(dá)到穩(wěn)定電壓、提高暫態(tài)穩(wěn)定極限、阻尼振蕩的目的，也用于STATC0M的調(diào)試和測(cè)試工作。本設(shè)計(jì)的主要特色是利用混合混沌序列實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制。[0042]遠(yuǎn)程監(jiān)控與保護(hù)用來對(duì)控制脈沖的故障進(jìn)行監(jiān)控、診斷并實(shí)施保護(hù)動(dòng)作(圖2)。同步脈沖發(fā)生器單元(見圖幻，根據(jù)DSP控制器發(fā)出的IGBT控制角，產(chǎn)生高精度的IGBT觸發(fā)脈沖。實(shí)現(xiàn)混合混沌序列發(fā)生器單元(圖7，8)，主要依據(jù)混合混沌序列(無限折疊混沌序列和Chebyshev混沌序列)的周期性和快速實(shí)現(xiàn)均勻性，去調(diào)制STATC0M的SP麗實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)逆變單元的調(diào)制。利用MAX+Plus II設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)混合混沌序列的發(fā)生器設(shè)計(jì)。功率驅(qū)動(dòng)電路(見圖4)包括光電隔離電路和功率放大電路，分別由光電耦合器和功率放大器組成；功率驅(qū)動(dòng)管電路將輸入脈沖信號(hào)經(jīng)光電隔離、三極管進(jìn)行放大，提供給功率開關(guān)電路，當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)電路接收到的比較單元的輸入信號(hào)為1時(shí)，輸出觸發(fā)脈沖控制級(jí)聯(lián)H橋電路的導(dǎo)通；反之使其關(guān)斷。所說的三相脈沖放大電路的一相包括放大“+Al”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U9、二極管D1、電阻和三極管m ；放大“-Al”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦 U10、二極管D2、電阻和三極管N2 ；放大“+A2”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U11、二極管D3、電阻和三極管N3 ；放大“-A2”脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U12、二極管D4、電阻和三極管N4 ；同理另外兩相共12個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)電路。二極管D1、D2、D3和D4的作用是防止脈沖反向輸入，保證電路正常工作?；旌霞?jí)聯(lián)多電平逆變器單元指由混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器組成的逆變單元(見圖 5,6)包括儲(chǔ)能裝置、濾波裝置、耦合電容、單模塊的4個(gè)IGBT單元，N模塊共計(jì)4*N個(gè)IGBT 單元。該電路工作過程為控制脈沖來自經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)電路放大處理后CSPWM信號(hào)，電路中的4*N個(gè)IGBT單元隨機(jī)的接收來自功率驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)得以觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器關(guān)、開功能。VHDL硬件描述語(yǔ)言主要用于描述控制裝置的結(jié)構(gòu)、行為和接口?？刂蒲b置的結(jié)構(gòu)用有限狀態(tài)機(jī)描述，接口是指PC機(jī)與CPLD芯片的連接。CPLD芯片，包含有宏塊，可編程的內(nèi)部連線資源和基本邏輯門，其輸出信號(hào)與功率驅(qū)動(dòng)電路連接，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)專用的SPWM脈沖發(fā)生器。CPLD芯片隨時(shí)接收控制器發(fā)出的指令信號(hào)，然后根據(jù)指令自行產(chǎn)生出具有死區(qū)的三相六路SPWM脈沖信號(hào)。同時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)具有一定的保護(hù)功能，防止一旦逆變發(fā)生失敗時(shí)，燒毀外圍的設(shè)備。MAX+Plus II主要用于設(shè)計(jì)新器件和大規(guī)模CPLD/FPGA，使用簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)速度非?？臁?br> 權(quán)利要求1.一種基于混合混沌序列發(fā)生器的STATC0M控制裝置，其特征在于該系統(tǒng)包括 DSP單元與脈沖發(fā)生單元連接；脈沖發(fā)生單元即CPLD單元由數(shù)據(jù)線及控制線與DSP單元連接，然后與功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元相接；功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元與脈沖發(fā)生單元和混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元相接； 混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元與脈沖發(fā)生單元和電力系統(tǒng)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于所述的功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元為常規(guī)連接包括光電隔離電路與功率放大電路相連；功率放大電路與光電隔離電路和功率驅(qū)動(dòng)管電路相連；功率驅(qū)動(dòng)管電路與功率放大電路相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于所述的混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元， 包括儲(chǔ)能裝置與逆變器模塊相連；逆變器模塊每個(gè)模塊由4個(gè)IGBT單元組成，N個(gè)模塊共計(jì)4*N個(gè)IGBT單元； 濾波裝置由LC濾波電路構(gòu)成，與前級(jí)功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元相連，然后與電網(wǎng)相連。
專利摘要一種基于混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置。包括DSP單元與脈沖發(fā)生單元連接；脈沖發(fā)生單元由數(shù)據(jù)線及控制線與DSP單元連接，然后與功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元相接；功率驅(qū)動(dòng)和保護(hù)單元與脈沖發(fā)生單元和混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元相接；混合級(jí)聯(lián)多電平逆變器單元與脈沖發(fā)生單元和電力系統(tǒng)相接。本實(shí)用新型針對(duì)STATCOM對(duì)逆變單元的要求，利用CPLD的高速、并行處理能力和混合混沌序列特性，設(shè)計(jì)了STATCOM的一種基于混合混沌序列發(fā)生器的STATCOM控制裝置。利用MAX+PLUSII平臺(tái)，采用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)了混合混沌序列發(fā)生器的數(shù)字邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM系統(tǒng)的CSPWM調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)STATCOM的控制，達(dá)到更好的無功補(bǔ)償作用。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202150697SQ20102053930
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者劉一琦, 周雪松, 李滿, 陳浩, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)