CN104810838A - 一种svg并联运行装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种SVG并联运行装置及控制方法，属于电力电子技术控制领域。该控制系统装置包括：主机SVG，从机SVG以及并联于母线上的同步变压器和电流互感器；主机SVG包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、AD采样模块、锁相环模块、供电模块和人机界面；DSP通过AD数模转换器采样电网电压和负载电流，经过PI调节器和PWM发生器产生PWM调制指令，FPGA模块输送PWM调制指令给IGBT，最终改变逆变器的输出电压幅值和相位；主机SVG和各从机SVG通过CAN总线相连并互相传输无功信息，从而实现闭环控制。本发明无需均流控制电路，控制简单，有较好的稳定度和控制精度，动态性能良好，能够容易实现无功功率的控制和分配。

Description

一种SVG并联运行装置及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子控制技术领域，具体是一种用于静止无功发生器(SVG)并联运行的装置及控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，供电系统的要求越来越高，很多负载和元件都会消耗无功功率，而针对电能质量来说，要对系统的电压平衡进行保持，必须要有能补偿无功功率的补偿装置。作为FACTS(柔性交流输电系统)的核心设备和技术之一的SVG可以快速调节交流电网的无功，对冲击性无功、静态无功还有在欠压条件的无功也同样有非常有效的调节能力，并且具有电压调整、谐波抑制等作用，是稳定电压和提高功率因数的理想选择。但随着SVG的发展，我们不断发现单机SVG的容量总是有限的。众所周知，电力电子器件随着容量的增大其所允许的开关频率就会越低，而较低的开关频率又直接影响无功补偿的效果，所以将SVG应用在大容量无功补偿时就面临着开关频率和容量之间的矛盾。如果要补偿的容量大于SVG的容量，那么单个SVG就无法完全补偿，进而无法达到补偿效果。
要解决大容量SVG所使用的开关器件在容量和开关频率之间的矛盾，目前常采用器件串并联技术和多重化技术。但由于串并联器件之间存在均压和均流问题，使主电路的可靠性降低；而多重化技术的共同特点都是由一个统一的控制系统来协调各模块的工作，其中一个模块出现故障将直接影响整个补偿装置的运行。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种SVG并联运行装置及控制方法。
技术方案：本发明涉及一种SVG并联运行控制装置，该装置包括：主机SVG、从机SVG以及并联于母线上的同步变压器和电流互感器；主机SVG包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、A/D采样模块、锁相环模块、供电模块和人机界面；DSP通过A/D数模转换器采样电网电压和负载电流，经过PI调节器和PWM发生器产生PWM调制指令，FPGA模块输送PWM调制指令给IGBT，最终改变逆变器的输出电压幅值和相位；主机SVG和各从机SVG通过CAN总线相连并互相传输无功信息，从而实现闭环控制。
主机SVG采用双闭环控制方法，即电压外环和电流内环控制，该双闭环控制方法具体步骤如下：
A.根据无功补偿容量设置给定Udc *大小，将电压传感器并联于直流母线侧，采样直流母线电压，传递系统电压实际值。
B.将给定电压和实际电压大小比较作差，通过PI调节器输出作为有功电流的给定值，使系统在补偿无功功率的同时，电网给其提供一部分有功能量以补偿系统中的有功损耗。
C.通过并联于电网侧和负载侧的电流互感器，将采样的电流值通过坐标变换得到有功电流和无功电流值。
D.有功电流和无功电流经过前馈解耦以及PI调节，得到SVPWM调制指令电压，从而实现对系统有功电流和无功电流的单独控制。
从机SVG通过CAN总线接收到主机SVG输出的补偿电流波形数据后控制输出相应的电流，最终完成整个SVG并联运行装置的补偿功能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中主机SVG采用双闭环控制，即保证SVG补偿的无功电流与其指令电流信号之间保持良好的跟随性，使系统电流中的无用分量接近于零，达到较好补偿效果。
2.本发明中从机SVG与主机SVG通过CAN总线通讯，根据主机SVG分配待补偿电流，当从机SVG发生故障时，主机SVG将分配下一个从机SVG控制器，从而提高了整个SVG并联运行装置的利用率。
3.本发明中采用独立的供电系统，使整个SVG并联控制系统不受故障影响，当装置出现故障时，人机界面会及时显示从机SVG故障信息，提高了整个电网系统运行的可靠性和安全性。
优点：本发明SVG并联运行装置具有良好的无功补偿效果和动态性能，能够解决开关频率与容量之间的矛盾，使单台SVG设备的容量增加，成本大大降低。
附图说明
图1为本发明的主从控制结构图。
图2为本发明SVG并联系统总体结构图。
图3为本发明主从电流并联控制的SVG模块控制系统图。
图4为本发明主机SVG并联运行的控制流程图。
图5为本发明从机SVG并联运行的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例进一步说明本发明的技术方案。
附图1所示为本发明实施例的主从控制结构图，主机SVG和从机SVG分别单独并联接到母线上，通过CT的二次侧接入各装置，各装置之间由通讯线连接，实现闭环控制。
附图2所示为本发明SVG并联系统总体结构图，本实施例包括：主机SVG、从机SVG以及并联于母线上的同步变压器和电流互感器；主机SVG包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、A/D采样模块、锁相环模块、供电模块和人机界面；DSP通过A/D数模转换器采样电网电压和负载电流，经过PI调节器和PWM发生器产生PWM调制指令，FPGA模块输送PWM调制指令给IGBT，最终改变逆变器的输出电压幅值和相位。
附图3所示为本发明主从电流并联控制的SVG模块控制系统图，SVG控制系统首先设定无功总电流，再由主机SVG分配总的无功电流，各从机SVG待主机SVG发出待补偿的无功电流指令；当从机SVG发生故障时，主机SVG会及时发出故障信号，并重新向从机SVG发出补偿无功指令；当主机发生故障时，从机SVG会自动均分电流，即防止因主机SVG的故障而影响整个SVG系统装置故障。
所述的主机SVG采用双闭环控制方法，即电压外环和电流内环控制，该双闭环控制方法具体步骤如下：
A.根据无功补偿容量设置给定Udc *大小，将电压传感器并联于直流母线侧，采样直流母线电压，传递系统电压实际值。
B.将给定电压和实际电压大小比较作差，通过PI调节器输出作为有功电流的给定值，使系统在补偿无功功率的同时，电网给其提供一部分有功能量以补偿系统中的有功损耗。
C.通过并联于电网侧和负载侧的电流互感器，将采样的电流值通过坐标变换得到有功电流和无功电流值。
D.有功电流和无功电流经过前馈解耦以及PI调节，得到SVPWM调制指令电压，从而实现对系统有功电流和无功电流的单独控制。
所述的从机SVG通过CAN总线接收到主机SVG输出的补偿电流波形数据后控制输出相应的电流，最终完成整个SVG并联运行装置的补偿功能。
附图4所示为本发明主机SVG并联运行的控制流程图，主机SVG经A/D采样三相电压、电流及直流侧电压，并判断其是否过压过流，根据电流计算及电压外环PI控制，将参考信息写入CAN发送邮箱并发送至从机SVG，最后根据电流PI控制并发送SVPWM脉冲控制IGBT通断。
附图5所示为本发明从机SVG并联运行的控制流程图，从机SVG经A/D采样三相电压、电流及直流侧电压，并判断其是否过压过流，根据电流计算及电压外环PI控制，将接收邮箱接收到的主机SVG数据赋值给参考信号，最后根据电流PI控制并发送SVPWM脉冲控制IGBT通断。
本实施例中主机SVG采用双闭环控制，即保证SVG补偿的无功电流与其指令电流信号之间保持良好的跟随性，使系统电流中的无用分量接近于零，达到较好补偿效果；从机SVG与主机SVG通过CAN总线通讯，根据主机SVG分配待补偿电流，当从机SVG发生故障时，主机SVG将分配下一个从机SVG控制器，从而提高了整个SVG并联运行装置的利用率。
本实施例中采用独立的供电系统，使整个SVG并联控制系统不受故障影响，当装置出现故障时，人机界面会及时显示从机SVG故障信息，提高了整个电网系统运行的可靠性和安全性。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，本领域的技术人员在不脱离本发明的公开范围内，仍可作一些修改，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (3)

1.一种SVG并联运行装置及控制方法，其特征在于，该装置包括：主机SVG、从机SVG以及并联于母线上的同步变压器和电流互感器；主机SVG包括数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA、A/D采样模块、锁相环模块、供电模块和人机界面；DSP通过A/D数模转换器采样电网电压和负载电流，经过PI调节器和PWM发生器产生PWM调制指令，FPGA模块输送PWM调制指令给IGBT，最终改变逆变器的输出电压幅值和相位；主机SVG和各从机SVG通过CAN总线相连并互相传输无功信息，从而实现闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种SVG并联运行装置的控制方法，其特征是：所述的主机SVG采用双闭环控制方法，其具体步骤如下：
A.根据无功补偿容量设置给定Ude *大小，将电压传感器并联于直流母线侧，采样直流母线电压，传递系统电压实际值；
B.将给定电压和实际电压大小比较作差，通过PI调节器输出作为有功电流的给定值，使系统在补偿无功功率的同时，电网给其提供一部分有功能量以补偿系统中的有功损耗；
C.通过并联于电网侧和负载侧的电流互感器，将采样的电流值通过坐标变换得到有功电流和无功电流值；
D.有功电流和无功电流经过前馈解耦以及PI调节，得到SVPWM调制指令电压，从而实现对系统有功电流和无功电流的单独控制。
3.根据权利要求1所述的一种SVG并联运行装置的控制方法，其特征是：所述的从机SVG通过CAN总线接收到主机SVG输出的补偿电流波形数据后控制输出相应的电流，最终完成整个SVG并联运行装置的补偿功能。
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