CN102064556A - 一种静止无功补偿器的调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，包括：控制模块、辅助控制模块、测量模块、执行模块，所述测量模块将电力系统中需要进行处理和分析的模拟量采集进来，同时进行数据处理和分析，得到供控制算法使用的各种变量，所述测量模块还可以实现电流采集和处理功能，电压采集和处理功能；所述控制模块通过测量模块与控制目标的比较，得出偏差值，送入模糊自适应PI调节器，算出需要对执行结构发送的控制参数，引导执行结构完成控制；所述执行模块负责将控制算法计算出的控制量进行具体的物理实现，完成对电力系统的控制。本发明的优点是：利用FPGA来实现脉冲触发，取得较高的触发角精度(控制精度在以内)，保证晶闸管触发的实时性、准确性；模糊自适应控制加快了响应速度，提高了系统性能；对外均通过光纤来连接，具有较强的绝缘和抗干扰能力。

Description

一种静止无功补偿器的调节装置

技术领域

本发明涉及一种静止无功补偿器，尤其是一种静止无功补偿器的调节装置。

背景技术

静止无功补偿器（SVC）是以电力电子器件作为无功器件（电容器、电抗器）的控制或开关器件的无功补偿装置。无功功率对电网的影响是不容忽视的，为了改善电力系统供电质量，必须对无功功率进行调整。无功补偿的作用主要体现在以下几个方面：提高供用电系统及负载的功率因数；稳定受电端及电网电压，提高供电质量。在长距离输电线中设置动态无功功率补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，抑制输电系统功率震荡，提高输电能力。

 SVC的调节装置首先通过测量模块采集系统需要的模拟量（包括电压、电流信号），将数据进行处理后送到控制模块；控制模块主要通过电压调节器来完成，其作用是：通过处理测量所得到的系统变量，产生一个与希望的补偿无功功率成比例的输出信号。根据SVC应用场合的不同，电压调节器中的控制变量和传递参数也是不同的。电压调节器的作用过程为：将测量所得到的控制变量与参考信号(通常为

)相比较，然后将误差信号输入到控制器的传递函数，控制器输出一个标么值电纳

信号，这个信号的大小应可以使控制误差变化，并达到稳态误差为零；最后执行模块通过同步系统和脉冲发生器将前面控制模块送来的控制量

进行具体的物理实现。

关于SVC，IEEE提出了两种基本模型：IEEE SVC基本模型1对应于增益－时间常数模型；IEEE SVC基本模型2对应于采用电流反馈实现调差特性的积分模型。本系统采用了模型2。通常情况下，此时电压调节器被简化为PI控制器，而PI控制器的参数选择特别重要，一般有两种方法可供选择：方法一是解析法，通过计算来选择PID控制器参数；方法二是是按实验或经验法选择参数。方法一是基于一些假设和简化处理，而且参数计算依赖系统参数，实际应用中仍需现场大量调试工作；方法二根据控制对象特点确定参数变化的大致范围，然后根据 PI 算式中各参数变化对系统的影响，反复试凑直到达到满意的响应，一旦系统参数稍有变化就会影响整体性能。

 SVC的执行模块包括同步系统和脉冲发生器，目前常用的同步系统是基于锁相环(PLL)的系统。PLL不仅能在基频电压的过零处产生一个信号，而且还可以输出一个与基频锁相的时钟信号，这个时钟信号可被数字计数器用来计算触发角的大小。但是低频 PLL 的精确设计在目前的水平下设计有难度。实时性也达不到要求。

发明内容

本发明目的是：提供一种稳定性高、响应速度快、同步性能好的静止无功补偿器的调节装置，以克服现有技术存在的电压调节器依赖系统参数、反复试凑，同步系统实时性差，难以达到理想暂态、稳态性能等问题。

本发明的技术方案是：一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，包括：控制模块、辅助控制模块、测量模块、执行模块，所述测量模块将电力系统中需要进行处理和分析的模拟量采集进来，同时进行数据处理和分析，得到供控制算法使用的各种变量，所述测量模块还可以实现电流采集和处理功能，电压采集和处理功能；所述控制模块通过测量模块与控制目标的比较，得出偏差值，送入模糊自适应PI调节器，算出需要对执行结构发送的控制参数，引导执行结构完成控制；所述执行模块负责将控制算法计算出的控制量进行具体的物理实现，完成对电力系统的控制。

进一步的，所述测量模块包括：

互感器板，将三相电流信号转化为电压信号，将三相电压信号降到系统可以处理的范围；

滤波器，接入经过互感器板降压的三相电压，滤掉高次谐波；

过零比较模块，将经过滤波器滤波后的信号，产生方波同步信号；

AD采样模块，经过互感器板降压的三相电压信号，经过互感器转换为电压的三相电流信号经过AD采样模块得到采样数据，所述AD采样模块通过FPGA控制。

进一步的，所述控制模块为DSP处理模块，所述DSP处理模块负责对电压信号的测频，电气参数计算以及控制算法的实现，所述DSP处理模块包括模糊自适应PI调节器。

进一步的，完成所述模糊自适应PI调节器的步骤为：

（1）取当前采样值Ve(k)，dVe(k)= Ve(k)- Ve(k-1)；

（2）将Ve(k)，dVe(k)模糊化，通过模糊规则表得到

、

；

（3）计算当前 、

：

，

，其中

、

为常规参数整定法所得到的P、I参数；

（4）通过PI控制器输出：

；

（5）Ve(k-1)= Ve(k)，进入下一次计算。

进一步的，所述执行模块包括：

光纤输出模块，其作用在于将FPGA发出的触发电信号转化为光信号传输到合并器模块，供TCR触发使用；

TCR模块，其作用是直接进行电纳的补偿。

 DSP处理器根据当前系统响应情况，运用模糊推理，自动实现对电压调节器参数的最佳调整；DSP处理器根据测频的结果和电压值计算出原始信号基波真实过零点和通过滤波比较电路产生的同步信号上升沿的标零点之间的延时，这样，就可以在触发角计算出来以后，补偿同步信号延时时间进行触发，保证触发角与真实过零点的准确触发关系，以达到准确、快速触发晶闸管的目的。其中，该系统对外均通过光纤来连接，具有较强的绝缘和抗干扰能力。

本发明的优点是：

1．利用FPGA来实现脉冲触发，取得较高的触发角精度(控制精度在以内)，保证晶闸管触发的实时性、准确性；

2.模糊自适应控制加快了响应速度，提高了系统性能；

3.对外均通过光纤来连接，具有较强的绝缘和抗干扰能力。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的一种静止无功补偿器的调节装置系统结构图。

图2为本发明的一种静止无功补偿器的调节装置结构图。

图3为本发明的一种静止无功补偿器的调节装置的同步脉冲触发功能结构图。

图4为本发明的一种静止无功补偿器的调节装置的模糊自适应电压调节器结构图。

具体实施方式

实施例：静止无功补偿器的调节装置包括互感器板、滤波器、过零比较模块、AD 采样模块、DSP处理模块、FPGA 模块、光纤输出模块、合并器模块和TCR（晶闸管控制电抗器）模块。电力系统直接与互感器板入端连接，互感器板输出信号送入滤波器和AD采样模块，AD模块输出信号接到FPGA模块，信号经滤波器模后被送入比较器模块，比较器模块最后将信号送入DSP处理模，DSP模块与FPGA模块进行信息交换，FPGA模块将信号送到光纤输出模块，光纤输出模块将信号送入合并器模块，合并器模块输出信号到TCR模块，TCR模块与电力系统连接，完成整个SVC（静止无功补偿器）调节装置的控制：

（1）互感器板，其作用在于将三相电压和三相电流接入静止无功补偿器。互感器板将三相电流信号转化为电压信号，将三相电压信号降到系统可以处理的范围。

（2）滤波器，其作用是接入经过互感器板降压的三相电压，滤掉高次谐波，该模块是同步功能的一部分。

（3）过零比较模块，其作用是接入将经过滤波器滤波后的信号，产生方波同步信号。

（4）AD采样模块，其作用在于经过互感器板降压的三相电压信号，经过互感器转换为电压的三相电流信号经过AD采样模块得到采样数据。AD采样通过FPGA控制。

（5）DSP处理模块，其作用是负责对电压信号的测频，电气参数计算以及控制算法的实现，包括模糊自适应电压调节器也是在该模块来完成。DSP是SVC控制装置的核心部分。

（6）光纤输出模块，其作用在于将FPGA发出的触发电信号转化为光信号传输到合并器模块，供TCR触发使用。

（7）TCR模块，其作用是直接进行电纳的补偿。

如图1所示的静止无功补偿器包含了控制模块、辅助控制模块、测量模块、执行模块，测量模块将电力系统中需要进行处理和分析的模拟量采集进来。同时进行数据处理和分析，得到供控制算法使用的各种变量(比如电压、电流有效值)。测量系统包括了电流采集和处理功能，电压采集和处理功能。

控制模块通过测量系统与控制目标的比较，得出偏差值，送入模糊自适应PI调节器，算出需要对执行结构发送的控制参数，引导执行结构完成控制。

执行模块负责将控制算法计算出的控制量进行具体的物理实现。完成对电力系统的控制。执行结构包括了同步系统和触发脉冲发生器。

如图2所示的静止无功补偿器调节装置，互感器板将三相电流信号转化为电压信号，将三相电压信号降到系统可以处理的范围。滤波器接入经过互感器板降压的三相电压，滤掉高次谐波。经过滤波器滤波后的信号接入过零比较模块，产生方波同步信号。经过互感器转换为电压的三相电流信号经过AD采样模块得到采样数据。AD采样通过FPGA控制。DSP处理模块，其作用是负责对电压信号的测频，电气参数计算以及控制算法的实现。FPGA发出的触发电信号转化为光信号后通过光纤输出模块传输到合并器模块，供TCR触发使用。

如图3所示的同步脉冲触发功能结构图，同步信号作为输入信号，当FPGA捕获到同步信号的上升沿时，会启动计数器计数。而DSP捕获到同步信号时，会启动调节控制算法，计算出本次同步周期的触发角度。阀电压经过滤波器后保留的基波分量经过过零比较器，在过零点处比较产生上升沿同步信号。处理器捕获到过零点处的上升沿同步信号后，会启动计数器计数，两次同步信号的上升沿时刻之差就是基波信号的频率。而DSP捕获到同步信号时，会启动调节控制算法，根据测频的结果和电压值去计算出原始信号基波真实过零点和通过滤波比较电路产生的同步信号上升沿的标零点之间的延时，计算出本次同步周期的触发角度。

如图4所示的模糊自适应电压调节器结构图，由图1将测量所得到的控制变量与参考信号(通常为

)相比较，得到误差信号Ve，将Ve送入模糊自适应电压控制器，模糊自适应控制器设计的核心是总结工程技术人员的技术知识和实际操作经验，建立合适的模糊规则表，对PI参数进行在线修改，以满足不同Ve对控制参数的不同要求，控制器输出一个标么值电纳

信号，以控制同步脉冲触发。DSP处理器完成模糊自适应电压调节器模块的步骤如下：

（1）取当前采样值Ve(k)，dVe(k)= Ve(k)- Ve(k-1)；

（2）将Ve(k)，dVe(k)模糊化，通过模糊规则表得到

、

（3）计算当前

、

：

，

，其中、

为常规参数整定法所得到的P、I参数。

（4）通过PI控制器输出：

（5）Ve(k-1)= Ve(k)，进入下一次计算。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，包括：控制模块、辅助控制模块、测量模块、执行模块，所述测量模块将电力系统中需要进行处理和分析的模拟量采集进来，同时进行数据处理和分析，得到供控制算法使用的各种变量，所述测量模块还可以实现电流采集和处理功能，电压采集和处理功能；所述控制模块通过测量模块与控制目标的比较，得出偏差值，送入模糊自适应PI调节器，算出需要对执行结构发送的控制参数，引导执行结构完成控制；所述执行模块负责将控制算法计算出的控制量进行具体的物理实现，完成对电力系统的控制。

2.根据权利要求1所述的一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，所述测量模块包括：

互感器板，将三相电流信号转化为电压信号，将三相电压信号降到系统可以处理的范围；

滤波器，接入经过互感器板降压的三相电压，滤掉高次谐波；

过零比较模块，将经过滤波器滤波后的信号，产生方波同步信号；

AD采样模块，经过互感器板降压的三相电压信号，经过互感器转换为电压的三相电流信号经过AD采样模块得到采样数据，所述AD采样模块通过FPGA控制。

3.根据权利要求1所述的一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，所述控制模块为DSP处理模块，所述DSP处理模块负责对电压信号的测频，电气参数计算以及控制算法的实现，所述DSP处理模块包括模糊自适应PI调节器。

4.根据权利要求1所述的一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，完成所述模糊自适应PI调节器的步骤为：

（1）取当前采样值Ve(k)，dVe(k)= Ve(k)- Ve(k-1)；

（2）将Ve(k)，dVe(k)模糊化，通过模糊规则表得到

、

；

（3）计算当前

、：，，其中

、为常规参数整定法所得到的P、I参数；

（4）通过PI控制器输出：

；

（5）Ve(k-1)= Ve(k)，进入下一次计算。

5.根据权利要求2所述的一种静止无功补偿器的调节装置，其特征在于，所述执行模块包括：

光纤输出模块，其作用在于将FPGA发出的触发电信号转化为光信号传输到合并器模块，供TCR触发使用；

TCR模块，其作用是直接进行电纳的补偿。

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