基于FPGA的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)

SVC研發(fā)背景

        我國(guó)研究和應(yīng)用SVC已有20多年歷史，研制出不少產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品大多集中在工業(yè)和配電領(lǐng)域，容量一般為10～55 Mvar。20世紀(jì)八、九十年代，我國(guó)輸電系統(tǒng)5個(gè)500 kV變電站安裝了6套容量為105～170 Mvar 的SVC，均為進(jìn)口設(shè)備，國(guó)內(nèi)第一套應(yīng)用于輸電網(wǎng)的SVC于2004年9月投運(yùn)，為電力系統(tǒng)中SVC的國(guó)產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化打下了基礎(chǔ)[1]。

TSC+TCR型SVC

        SVC有三種基本配置：1.固定電容器+晶閘管控制的電抗器(FC+CR)。2.晶閘管切換的電容器(TSC)。3.晶閘管切換的電容器+晶閘管控制電抗器(TSC+TCR)。其中，TSC+TCR的組合在通常情況下都是最優(yōu)解決方案，用TSC+TCR補(bǔ)償器可以獲得連續(xù)變化的無功功率并做到對(duì)補(bǔ)償器的電感和電容部分的完全控制。

基于NI CompactRIO的全數(shù)字控制器

        TSC+TCR型SVC主要由全數(shù)字控制系統(tǒng)和TCR、TSC閥組構(gòu)成，全數(shù)字控制系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度直接影響到SVC能否有效解決負(fù)載帶來的電能質(zhì)量問題，是SVC的心腹要塞。

        傳統(tǒng)的控制算法是基于DSP實(shí)現(xiàn)的[2]，我們的客戶之一某SVC設(shè)備供應(yīng)商之所以選用NI CompactRIO，主要因?yàn)镈SP板級(jí)的開發(fā)和調(diào)試周期都比較長(zhǎng)，自己開發(fā)的DSP板可靠性和穩(wěn)定性又無法保證，為了產(chǎn)品能盡快交貨又保證質(zhì)量，工程師最終選擇了集成FPGA技術(shù)的CompactRIO平臺(tái)，在一個(gè)月內(nèi)完成了全數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)布[3]。



        如圖 1所示，“電壓測(cè)量”環(huán)節(jié)由NI9215模塊測(cè)量被控的正序電壓，包括3相母線電壓、3相負(fù)載電流和3相源電流，Vref是根據(jù)要求設(shè)定的電壓參考值， “電壓調(diào)節(jié)器”會(huì)根據(jù)測(cè)量電壓Vm和參考電壓之間的差值，計(jì)算出要保持母線電壓恒定所需要的并聯(lián)電納值B，“分配環(huán)節(jié)”決定了TSC(晶閘管投切的電容器)是否需要投切、計(jì)算出TCR(晶閘管控制的電感器)需要并入的“點(diǎn)火角”α，最后由同步單元利用鎖相環(huán)(PLL)跟蹤次級(jí)電壓，嚴(yán)格與工頻同步并根據(jù)“點(diǎn)火角”在不同的相位給晶閘管發(fā)出控制脈沖[4]。