专利名称：基于静止无功补偿器和混合注入式有源滤波器的联合运行控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统静止无功补偿器和混合有源滤波器的核心技术，
特别是一种基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合运
行控制装置。
背景技术：
本世纪70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子变流 装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，电网中的谐波污染 愈加严重；同时，由于大多数电力电子装置的功率因数很低，也大大降低了电 网的供电质量。因此，消除谐波污染、提高功率因数已经成为当前电力运行和 生产部门的重大课题。有源滤波及无功补偿装置是属于灵活交流输电或柔性 输电(Flexible AC Transmission System)的新一代电力产品，它的工作原理与传 统的电力设备存在着本质上的不同。有源滤波及无功补偿装置是利用大功率 电力电子器件(如IGBT、 GTO)制造一个系统需要的电源，该电源可以产生与 系统谐波反相的同样谐波来抵消系统中的谐波；也可以为系统提供需要补偿的 无功电流，实现无功补偿。与传统的补偿方法比较，有源滤波及静止无功补偿 装置可以实现单机感性无功到容性无功的补偿；可以实现根据系统对无功的需 求，而基本做到"即时"调整，调整时间可达0.01s。
目前，静止无功补偿器主要包括晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管控制电 容器(TSC)、晶闸管控制电抗器和固定电容器(FC)等结构形式。由于TCR发出 的电流为非正弦，随之就产生谐波，必须配套相应的滤波装置。传统的SVC 滤波装置采用的是一组无源滤波器(PPF)组，它结构简单、成木低、技术成熟.但它最大的缺点是滤波特性受电网阻抗的影响，可能发生电网与滤波器间的
串、并联谐振，不能对谐波实现动态补偿，有效材料消耗多.体积大。
APF具有良好的滤波特性，并且不会构成谐振。然而由于大功率可关断器 件(GTR、 GTO、 IGBT)发展水平的限制，APF承担不了高电压、大容量的非 线性负荷交流系统侧谐波抑制的要求。为了满足大容量非线性负荷的滤波要求. 从上世纪90年代至今有些人提出了各种APF与PF混合的滤波结构，即混合 有源电力滤波器(HAPF)。
而HAPF兼顾了两者的长处，初期投资小，性价比高，能满足高压大容量 系统实用化的要求，是目前工程中非常具有应用前景的形式。然而对SVC和 HAPF的联合运行，在研究和运用方面，还很少有人涉及，而且没有人提出一 种方案实现HAPF对SVC的发出的特定次数谐波进行抑制。其技术的难点在 于解决HAPF滤波效果和系统稳定性之间存在矛盾，以及如何实现对SVC和 HAPF的协调控制，提高系统运行性能和稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于静止无功补 偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合运行控制装置，能够实现对 SVC装置快速、有效的谐波补偿，改善SVC的动态性能指标，提高SVC的稳定性。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，所述基于静止无功补 偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合运行控制装置，包括静止无功 补偿器SVC，混合注入式有源滤波器HAPF以及一套双DSP控制板，其中静 止无功补偿器SVC由机械投切电容器MSC和晶闸管控制电抗器TCR两个部 分组成；混合有源滤波器HAPF由有源部分、输出滤波器、耦合变压器、基波串联谐振电路和无源滤波支路组成，所述HAPF的电气接线为2次谐波谐振的无源滤波支路和基波串联谐振电路挂接在10kV母线上，以电压型逆变器作为有源部分，直流端为一个大容量电容，输出端接有输出滤波器，有源部分通过耦合变压器接入无源滤波支路；所述静止无功补偿器SVC的电气接线为MSC 与TCR直接挂接在10kV母线；双DSP控制板由基于McBSP端口的双DSP 芯片互连构成。本实用新型的工作原理如下所述利用串联谐振注入式混合有源滤波器 HAPF对静止无功补偿器SVC发出2次，5次，7次，11次，13次次数谐波进 行预测和滤波。所述串联谐振注入式混合有源滤波器采用负载电流前馈控制策 略，即/，(5) = /^)///(, 4为负载谐波电流。其中静止无功补偿器SVC由机械投切电容器MSC和晶闸管控制电抗器TCR两个部分组成；并通过对TCR触 发角的控制，进行感性无功的连续调节；通过对MSC的投切控制，进行容性 无功的间隔调节。所述双DSP控制板由两块控制芯片(TMS320F2812)实现SVC 和HAPF的协调控制，该控制板的功能包括对负载电压、电流六路信号进行高 速、同步数据采集，滤波处理，基波、谐波计算，得到控制输出的参数，然后 输出PWM控制信号，实现全双工的数据通讯，在SVC与HAPF的控制芯片 实现数据交互，实现谐波电流的快速检测和计算，提高系统响应速度和数据处 理能力。综上所述，本实用新型所述基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源 滤波器HAPF的联合运行控制装置能够实现对SVC装置快速、有效的谐波补偿， 改善SVC的动态性能指标，提高SVC的稳定性。
图1为本实用新型中实施例结构示意图；图2为本实用新型中实施例中双DSP控制板示意图。
具体实施方式
本实施例中基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合 运行控制装置结构如图1所示。
静止无功补偿器SVC的电气接线为一组机械投切电容器(MSC)和一个晶闸 管控制电抗器(TCR)支路。所有SVC支路都挂接于10kV母线上，10kV母线为 两台主变压器的三次绕组，主变压器一次绕组为220kV输电线路的进线，主变 压器的二次绕组为121kV输电线路的出线。这种接线方式使得SVC可以在相 对较低的电压等级(10kV)下对更高等级(220kV)的整个输电线路进行动态无功 补偿。混合注入式有源滤波器HAPF的电气接线为2次谐波谐振的无源滤波支 路和基波串联谐振电路挂接在10kV母线上。以电压型逆变器作为主要的有源 部分，采用基于智能IGBT模块的脉宽调制PWM逆变器，直流端为一大电容， 输出端接有输出滤波器，以此来滤除开关器件通断造成的高频毛刺。有源部分 通过耦合变压器经基波串联谐振注入型电路。由于"d网络在基波频率处发生 串联谐振，阻抗很小，逆变器只承受很小的基波电压，因此装置有效地克服了 有源滤波器的容量限制，而对于高于基波频率的谐波分量，Lid网络阻抗较大， 有源部分产生的谐波电流绝大部分将流人主电路，不会对有源部分的谐波输出 产生严重影响。双DSP控制板通过功率脉冲触发模块分别与混合注入式有源滤 波器和晶闸管控制电抗器连接，并通过与其输入输出端口连接的隔离与功率放 大模块接入机械投切电容器。
参见图2，由双DSP控制板由两块控制芯片TMS320F2812实现SVC和HAPF
的协调控制，控制并行计算和数据共享，实现两者的协调控制和系统优化工作。 双DSP控制板采用独立的供电系统，通过光纤传输PWM控制信号，实现高低 压电气隔离，由专用的脉冲触发装置控制晶闸管和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
权利要求1、一种基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合运行控制装置，包括静止无功补偿器SVC，其特征在于，还包括混合注入式有源滤波器HAPF以及一套双DSP控制板，其中静止无功补偿器SVC由机械投切电容器MSC和晶闸管控制电抗器TCR两个部分组成；混合有源滤波器HAPF由有源部分、输出滤波器、耦合变压器、基波串联谐振电路和无源滤波支路组成，所述HAPF的电气接线为2次谐波谐振的无源滤波支路和基波串联谐振电路挂接在10kV母线上，以电压型逆变器作为有源部分，直流端为一个大容量电容，输出端接有输出滤波器，有源部分通过耦合变压器接入无源滤波支路；所述静止无功补偿器SVC的电气接线为MSC与TCR直接挂接在10kV母线；双DSP控制板由基于McBSP端口的双DSP芯片互连构成。
2、 根据权利要求1所述基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源滤波 器HAPF的联合运行控制装置，其特征在于，双DSP芯片均为芯片 TMS320F2812。
专利摘要本实用新型公开了所述基于静止无功补偿器SVC和混合注入式有源滤波器HAPF的联合运行控制装置，包括静止无功补偿器SVC，混合注入式有源滤波器HAPF以及一套双DSP控制板，其中静止无功补偿器SVC由机械投切电容器MSC和晶闸管控制电抗器TCR两个部分组成；混合有源滤波器HAPF由有源部分、输出滤波器、耦合变压器、基波串联谐振电路和无源滤波支路组成，双DSP控制板由基于McBSP端口的双DSP芯片互连构成。本实用新型达到了滤波谐波，改善装置动态性能，系统稳定性的目的，实现了无功和功率因数的优化控制，为电力系统提供了大量的动态无功储备，对于稳定母线电压，补偿输电网的无功功率具有重要的作用。
文档编号H02J3/18GK201163721SQ20072006549
公开日2008年12月10日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者吴传平, 帅智康, 晓 杨, 安 罗, 伟 赵, 栋 陈 申请人:湖南大学