一種高壓靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置功率單元直流均壓的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種高壓靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置功率單元直流均壓的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]在無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域，高壓靜止同步補(bǔ)償裝置以其調(diào)節(jié)范圍大、相應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。運(yùn)行過(guò)程中，STATC0M通過(guò)調(diào)整輸出電壓的幅值和相位實(shí)現(xiàn)電流迅速輸出，補(bǔ)償區(qū)域電網(wǎng)中存在的無(wú)功以及負(fù)序電流，實(shí)現(xiàn)平衡三相電網(wǎng)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、提高功率因數(shù)、改善電能質(zhì)量的目的。
[0003]STATC0M的單相橋臂是由一定數(shù)量Η橋結(jié)構(gòu)的功率單元串聯(lián)組成的，各個(gè)功率單元具有獨(dú)立的直流電容，而由于功率單元分布參數(shù)的差異、功率器件開(kāi)關(guān)特性的不一致以及觸發(fā)控制信號(hào)的微小差異等因素都會(huì)弓丨起電容電壓的不平衡。電容電壓不平衡一方面會(huì)影響輸出電壓波形的質(zhì)量，使輸出電流含有大量的諧波，更為重要的是導(dǎo)致各個(gè)功率單元承受不同的電壓，從而危及整個(gè)裝置的安全運(yùn)行。合理有效的直流電壓均衡控制方法是實(shí)現(xiàn)STATC0M穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。
[0004]CN102780227和CN202772582通過(guò)硬件電路進(jìn)行功率單元之間的功率交換，實(shí)現(xiàn)直流電壓的平衡控制，此類均壓方法需要增加額外的硬件設(shè)備以及相應(yīng)的控制電路，增加了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜度以及裝置成本，產(chǎn)品的可靠性也大為降低。CN103280820和CN102694465采用在控制算法中增加直流電壓平衡控制的算法，通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)功率單元的均壓，但是僅僅對(duì)控制算法進(jìn)行了說(shuō)明，并未涉及控制算法的具體實(shí)現(xiàn)。CN10234990提出在功率單元FPGA中完成直流電壓的均壓控制，F(xiàn)PGA—方面通過(guò)光纖接收獲得直流電壓平均值、單相占空比信息以及電流采樣值，另一方面通過(guò)AD采樣獲得功率單元的直流電壓，然后綜合以上信息完成均壓控制獲得功率單元的占空比信息，最后采取載波移相調(diào)制算法得到驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出至相應(yīng)的IGBT，功率單元的直流均壓分散于各個(gè)功率單元的FPGA，因此稱為直流電壓的分散控制，此時(shí)功率單元FPGA功能示意圖如附圖1所示。
[0005]直流電壓的分散控制雖然具有模塊化程度高、便于功率單元級(jí)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在以下缺點(diǎn):
[0006]1)均壓控制所需要的單相占空比、直流電壓平均值、電流相位都需要通過(guò)光纖接收獲得，數(shù)據(jù)傳輸量比較大，從而增加了控制的延時(shí)，導(dǎo)致裝置控制性能的降低。
[0007]2)均壓控制以及載波移相調(diào)制均在功率單元FPGA中完成，增加了 FPGA的工作量，因此需要選擇較大容量的FPGA，而隨著功率單元數(shù)量的增加，F(xiàn)PGA的成本也會(huì)隨之增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0008]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高壓靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Synchronous Compensator,簡(jiǎn)稱STATC0M)功率單元直流均壓的控制系統(tǒng)，包括功率單兀CPLD (Complex Programmable Logic Device,即復(fù)雜可編程邏輯器件)、均壓?jiǎn)呜?FPGA (Field-Programmable Gate Array,即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)主控單兀 DSP (DigitalSignal Processor，即數(shù)字信號(hào)處理器)；控制系統(tǒng)中，所有功率單元的直流均壓控制以及載波移相調(diào)制在均壓?jiǎn)卧狥PGA中完成，而功率單元CPLD只保留AD采樣和光纖通訊的功能，DSP的功能維持不變。相比現(xiàn)有控制系統(tǒng)，所有功率單元直流均壓控制在均壓?jiǎn)卧狥PGA中集中實(shí)現(xiàn)，因此稱為直流電壓的集中控制。
[0009]1)功率單元CPLD只需要完成AD采樣、光纖發(fā)送以及光纖接收的功能，工作量得到降低。
[0010]2)均壓?jiǎn)卧狥PGA根據(jù)通過(guò)光纖接收獲得的直流電壓和通過(guò)總線獲得單相占空比信息、電流采樣值完成均壓控制，然后采取載波移相調(diào)制獲得的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且通過(guò)光纖傳送至功率單元CPLD。
[0011]3)主控單元DSP中完成直流總電壓控制和電流閉環(huán)控制，并且通過(guò)總線對(duì)均壓?jiǎn)卧狥PGA進(jìn)行讀寫。
[0012]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的:
[0013]一種高壓靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置功率單元直流均壓的控制系統(tǒng)，包括功率單元CPLD、均壓?jiǎn)卧狥PGA和主控單元DSP ;所述主控單元DSP上通過(guò)總線連接均壓?jiǎn)卧狥PGA，均壓?jiǎn)卧狥PGA通過(guò)兩根光纖雙向連接有一定數(shù)量的功率單元CPLD。
[0014]所述功率單元CPLD由AD采樣模塊、光纖接收模塊和光纖發(fā)送模塊構(gòu)成；功率單元CPLD控制AD采樣獲得直流電壓并通過(guò)光纖將直流電壓發(fā)送至均壓?jiǎn)卧狥PGA，通過(guò)光纖接收均壓?jiǎn)卧狥PGA發(fā)送的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并完成對(duì)IGBT的控制。
[0015]所述均壓?jiǎn)卧狥PGA由光纖接收模塊、光纖發(fā)送模塊、載波移相調(diào)制模塊和均壓控制模塊構(gòu)成；通過(guò)光纖接收獲得各個(gè)功率單元的直流電壓信息，并進(jìn)行匯總得到直流總電壓；通過(guò)總線將直流總電壓傳送至DSP并且接收單相占空比信息和電流采樣值；根據(jù)單相占空比信息、電流采樣值、直流總電壓以及各個(gè)功率單元的直流電壓完成均壓控制，最終獲得各個(gè)功率單元的占空比信息，所有功率單元的均壓控制在FPGA中并行執(zhí)行；采取載波移相的調(diào)制策略生成各個(gè)功率單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過(guò)光纖將驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送至相應(yīng)的功率單元CPLD。
[0016]所述主控單元DSP包括電流閉環(huán)控制模塊和直流總電壓閉合控制模塊；所述主控單元DSP通過(guò)總線獲得均壓?jiǎn)卧狥PGA傳送的直流總電壓，并根據(jù)直流總電壓指令和直流總電壓完成直流總電壓控制獲得有功電流指令；將有功電流指令和無(wú)功電流指令相加獲得總電流指令，然后根據(jù)總電流指令和電流采樣值完成電流閉環(huán)控制獲得單相橋臂的占空比信息，最終將單相占空比信息以及電流采樣值通過(guò)總線發(fā)送至均壓?jiǎn)卧狥PGA。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
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