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STATCOM的電流間接控制方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2007/8/28 0:00:00 訪問次數(shù):954

來(lái)源:微計(jì)算機(jī)信息   作者:尚宇 孫曉娟 高嵩


摘要:  本文介紹了基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)設(shè)計(jì)的靜止無(wú)功發(fā)生器控制器的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn),具體分析了電流間接控制方法,詳細(xì)介紹了控制方法及其編程實(shí)現(xiàn),并通過(guò)仿真證明了電流間接控制方法的有效性。
關(guān)鍵字: 柔性交流輸電系;靜止無(wú)功發(fā)生器;電流間接控制;數(shù)字信號(hào)處理


1概述


隨著柔性交流輸電技術(shù)的提出和發(fā)展,靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Synchronous Compensator,簡(jiǎn)稱STATCOM)已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1]。STATCOM的基本原理是將自換相橋式電路通過(guò)電阻和電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上,根據(jù)輸入系統(tǒng)的無(wú)功功率和有功功率的指令,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無(wú)功電流,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康。穩(wěn)態(tài)時(shí)STATCOM輸出的有功功率和無(wú)功功率分別是[2]



其中VS是系統(tǒng)電壓, R是裝置的等效電阻,δ是系統(tǒng)電壓和裝置輸出電壓之間的相位差。


近年來(lái)對(duì)STATCOM的相關(guān)技術(shù)研究主要集中在主電路、新元件、保護(hù)和監(jiān)測(cè)、控制方法上。尤其是控制方法,是STATCOM研究中的重中之重。根據(jù)補(bǔ)償要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合,目前STATCOM的控制主要從控制策略和外閉環(huán)的反饋控制量的選取兩方面來(lái)考慮,可以分為電流間接控制和電流直接控制。所謂間接控制,就是將STATCOM當(dāng)作交流電源來(lái)看待,通過(guò)對(duì)STATCOM裝置中逆變器所產(chǎn)生的交流電壓基波的相位和幅值的控制,來(lái)間接控制STATCOM交流側(cè)電流;而直接控制[3],就是對(duì)電流波形瞬時(shí)值進(jìn)行反饋控制,STATCOM可看作為一個(gè)受控電流源。本文設(shè)計(jì)了一種適合較大容量STATCOM控制采用的電流間接控制方法,通過(guò)仿真試驗(yàn)證明這種方法是切實(shí)可行的。


2 STATCOM控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本功能


在靜止無(wú)功發(fā)生器中,控制器(包括脈沖發(fā)生器)是STATCOM的重要組成部分,也是其核心部件之一,它根據(jù)用戶設(shè)定的參考值和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)確定STATCOM的無(wú)功


基金項(xiàng)目:陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(03JK123)


電流輸出。其主要是通過(guò)產(chǎn)生控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的脈沖來(lái)控制STATCOM的各種行為,完成STATCOM所需完成的任務(wù)。STATCOM裝置原理框圖如圖1所示[4]。




圖1   STATCOM裝置原理框圖


這個(gè)STATCOM控制系統(tǒng)采用雙DSP結(jié)構(gòu),其中一個(gè)DSP處理器用來(lái)完成數(shù)據(jù)處理、控制方法的實(shí)現(xiàn),是主處理器;另一個(gè)DSP處理器用來(lái)產(chǎn)生高精度脈沖。圖中PT是電壓互感器,CT是電流互感器,用來(lái)測(cè)量STATCOM輸出端的三相電壓和三相電流信號(hào),Uabc、Iabc分別是系統(tǒng)三相電壓和電流,該控制器具有產(chǎn)生同步脈沖、產(chǎn)生觸發(fā)脈沖、控制STATCOM行為和運(yùn)行控制算法等功能。


3 STATCOM主控制器控制算法的實(shí)現(xiàn)


設(shè)計(jì)控制器時(shí),除了脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)以外,控制器的軟硬件設(shè)計(jì)主要集中在采集系統(tǒng)有關(guān)的電壓和電流變量以及實(shí)現(xiàn)控制算法上,即集中在主控制器的設(shè)計(jì)上。STATCOM控制環(huán)節(jié)計(jì)算量大,精度要求高,所以主控制器和脈沖發(fā)生器的性能及所采用的控制方案對(duì)裝置的補(bǔ)償效果起決定性的作用,從而影響用戶端電壓的質(zhì)量。


3.1 電流間接控制算法


電流間接控制算法分為單δ控制和δ與θ(逆變器導(dǎo)通角)配合控制。δ與θ配合控制方法引入了STATCOM吸收的無(wú)功和有功電流的反饋控制,其中包含了許多系統(tǒng)參數(shù)。而電力系統(tǒng)的參數(shù)具有極大的不確定性,所以要求STATCOM控制器必須有很強(qiáng)的自適應(yīng)性,實(shí)現(xiàn)難度很大。單δ控制主要有傳統(tǒng)PI控制和逆系統(tǒng)的PI控制。逆系統(tǒng)的PI控制具有比傳統(tǒng)PI控制更快的響應(yīng)速度,所以對(duì)間接控制的研究將主要針對(duì)此種控制方法。本文采用單δ控制中的逆系統(tǒng)PI控制作為主要控制方法,控制方法框圖如圖2所示。




圖2  電流間接控制框圖


上圖的主要思路是對(duì)STATCOM的無(wú)功功率采用逆系統(tǒng)非線性的PI控制,圖中的F(1)即為(2)式,通過(guò)計(jì)算獲得δ1,ΔU是系統(tǒng)參考電壓和裝置輸出電壓的差值。正是δ2對(duì)δ1的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用,使逆系統(tǒng)PI控制才比傳統(tǒng)PI控制具有更快的響應(yīng)速度。


3.2 主處理器的選取


STATCOM控制器有兩

來(lái)源:微計(jì)算機(jī)信息   作者:尚宇 孫曉娟 高嵩


摘要:  本文介紹了基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)設(shè)計(jì)的靜止無(wú)功發(fā)生器控制器的結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn),具體分析了電流間接控制方法,詳細(xì)介紹了控制方法及其編程實(shí)現(xiàn),并通過(guò)仿真證明了電流間接控制方法的有效性。
關(guān)鍵字: 柔性交流輸電系;靜止無(wú)功發(fā)生器;電流間接控制;數(shù)字信號(hào)處理


1概述


隨著柔性交流輸電技術(shù)的提出和發(fā)展,靜止無(wú)功發(fā)生器(Static Synchronous Compensator,簡(jiǎn)稱STATCOM)已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[1]。STATCOM的基本原理是將自換相橋式電路通過(guò)電阻和電抗器或者直接并聯(lián)在電網(wǎng)上,根據(jù)輸入系統(tǒng)的無(wú)功功率和有功功率的指令,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其交流側(cè)電流就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足系統(tǒng)所要求的無(wú)功電流,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康。穩(wěn)態(tài)時(shí)STATCOM輸出的有功功率和無(wú)功功率分別是[2]



其中VS是系統(tǒng)電壓, R是裝置的等效電阻,δ是系統(tǒng)電壓和裝置輸出電壓之間的相位差。


近年來(lái)對(duì)STATCOM的相關(guān)技術(shù)研究主要集中在主電路、新元件、保護(hù)和監(jiān)測(cè)、控制方法上。尤其是控制方法,是STATCOM研究中的重中之重。根據(jù)補(bǔ)償要實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用場(chǎng)合,目前STATCOM的控制主要從控制策略和外閉環(huán)的反饋控制量的選取兩方面來(lái)考慮,可以分為電流間接控制和電流直接控制。所謂間接控制,就是將STATCOM當(dāng)作交流電源來(lái)看待,通過(guò)對(duì)STATCOM裝置中逆變器所產(chǎn)生的交流電壓基波的相位和幅值的控制,來(lái)間接控制STATCOM交流側(cè)電流;而直接控制[3],就是對(duì)電流波形瞬時(shí)值進(jìn)行反饋控制,STATCOM可看作為一個(gè)受控電流源。本文設(shè)計(jì)了一種適合較大容量STATCOM控制采用的電流間接控制方法,通過(guò)仿真試驗(yàn)證明這種方法是切實(shí)可行的。


2 STATCOM控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與基本功能


在靜止無(wú)功發(fā)生器中,控制器(包括脈沖發(fā)生器)是STATCOM的重要組成部分,也是其核心部件之一,它根據(jù)用戶設(shè)定的參考值和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)確定STATCOM的無(wú)功


基金項(xiàng)目:陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(03JK123)


電流輸出。其主要是通過(guò)產(chǎn)生控制驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件的脈沖來(lái)控制STATCOM的各種行為,完成STATCOM所需完成的任務(wù)。STATCOM裝置原理框圖如圖1所示[4]。




圖1   STATCOM裝置原理框圖


這個(gè)STATCOM控制系統(tǒng)采用雙DSP結(jié)構(gòu),其中一個(gè)DSP處理器用來(lái)完成數(shù)據(jù)處理、控制方法的實(shí)現(xiàn),是主處理器;另一個(gè)DSP處理器用來(lái)產(chǎn)生高精度脈沖。圖中PT是電壓互感器,CT是電流互感器,用來(lái)測(cè)量STATCOM輸出端的三相電壓和三相電流信號(hào),Uabc、Iabc分別是系統(tǒng)三相電壓和電流,該控制器具有產(chǎn)生同步脈沖、產(chǎn)生觸發(fā)脈沖、控制STATCOM行為和運(yùn)行控制算法等功能。


3 STATCOM主控制器控制算法的實(shí)現(xiàn)


設(shè)計(jì)控制器時(shí),除了脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)以外,控制器的軟硬件設(shè)計(jì)主要集中在采集系統(tǒng)有關(guān)的電壓和電流變量以及實(shí)現(xiàn)控制算法上,即集中在主控制器的設(shè)計(jì)上。STATCOM控制環(huán)節(jié)計(jì)算量大,精度要求高,所以主控制器和脈沖發(fā)生器的性能及所采用的控制方案對(duì)裝置的補(bǔ)償效果起決定性的作用,從而影響用戶端電壓的質(zhì)量。


3.1 電流間接控制算法


電流間接控制算法分為單δ控制和δ與θ(逆變器導(dǎo)通角)配合控制。δ與θ配合控制方法引入了STATCOM吸收的無(wú)功和有功電流的反饋控制,其中包含了許多系統(tǒng)參數(shù)。而電力系統(tǒng)的參數(shù)具有極大的不確定性,所以要求STATCOM控制器必須有很強(qiáng)的自適應(yīng)性,實(shí)現(xiàn)難度很大。單δ控制主要有傳統(tǒng)PI控制和逆系統(tǒng)的PI控制。逆系統(tǒng)的PI控制具有比傳統(tǒng)PI控制更快的響應(yīng)速度,所以對(duì)間接控制的研究將主要針對(duì)此種控制方法。本文采用單δ控制中的逆系統(tǒng)PI控制作為主要控制方法,控制方法框圖如圖2所示。




圖2  電流間接控制框圖


上圖的主要思路是對(duì)STATCOM的無(wú)功功率采用逆系統(tǒng)非線性的PI控制,圖中的F(1)即為(2)式,通過(guò)計(jì)算獲得δ1,ΔU是系統(tǒng)參考電壓和裝置輸出電壓的差值。正是δ2對(duì)δ1的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用,使逆系統(tǒng)PI控制才比傳統(tǒng)PI控制具有更快的響應(yīng)速度。


3.2 主處理器的選取


STATCOM控制器有兩

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