基于改进瞬时无功功率的statcom控制系统及方法
【专利摘要】一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于它包括采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其工作方法为：数据采集、处理、控制、驱动；其优越性在于：设计简单，成本低；执行速度快，而从提高STATCOM的实时响应速度，增强电力系统的稳定性；检测方法简单易懂，容易编程，有利于应用推广。
【专利说明】基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统及方法
(-)【技术领域】:
[0001]本发明属于电力系统静止同步补偿器(StaticSynchronous Compensator-
STATCOM)检测与控制【技术领域】，尤其是一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统及方法。
(二)【背景技术】:
[0002]静止同步补偿器(STATCOM)是属于灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部 分，是当今无功补偿领域最新技术的代表。随着大功率电力电子器件的日趋发展，STATCOM 在电力系统中的应用也越来越广泛。在配电网中，STATCOM能有效解决电压波动、电压暂降、 电压不平衡、谐波污染等多种电能质量问题。因此成为当前电气工程领域研究的热点之一。
[0003]STATCOM的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT，GTO等)组成自 换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和 相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实 现动态无功补偿的目的。能否准确和快速的检测出无功电流是无功补偿技术的关键。所以 STATCOM的准确检测方法的研究显得尤为重要。目前广泛应用的瞬时无功功率检测方法只 能在理想电网电压情况下可以准确地检测出系统中的无功电流。其原因是在电网电压不对 称时，电压的实际过零点与电压基波过零点存在有相位差。而实际的电网电压波形很多情 况下都存在不同程度的畸变和不对称。
(三)
【发明内容】
:
[0004]本发明目的在于提供一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统及方法，它 可以克服现有瞬时无功功率检测算法的不足，通过dq变换同步提取出电压和电流的基波 正序分量，经过坐标变换，移相、从而得出电流基波正序无功分量，能实时的检测出三相电 压畸变且不对称时基波正序无功电流，是一种计算精度高、检测准确性高的控制系统，方法 简单易行。
[0005]本发明的技术方案:一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在 于它包括采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其中，所述采集电路的输入端 连接外部电网中的电压互感器，其输出端连接控制电路的输入端；所述控制电路的输出端 连接驱动电路上的输入端；所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；所述主电路的输 出端输出补偿电流信号反馈给电网；所述保护电路输入端连接直流母线电流互感器，其输 出端连接控制电路的输入端。
[0006]所述采集电路由电压互感器、二极管Dl1、二极管D12、电容C11、电阻Rl1、放大电 路0P07、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、二极管D21、二极管D22组成；将采集的信 号处理后送入控制电路模数转换模块端口，其连接为常规连接。
[0007]所述电压互感器采用TA10104 — 2K卧式穿芯微型精密交流电压互感器。
[0008]所述控制电路由模数转换模块、DSP芯片、数据存储模块组成；所述数模装换模块输入端与采集电路输出端连接，其输出端与DSP芯片输入端呈双向连接；所述DSP输入端同时与保护电路输出端相连接，其输出端与驱动电路输入端连接，同时与数据存储模块呈双向连接。
[0009]所述模数转换模块采用TI公司的ADC转换芯片ADS8364。
[0010]所述DSP芯片采用TMS320F2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM，128K片内FLASH，128K板上存储器，与上位机通过RS232接口通信。[0011]所述驱动电路由驱动芯片、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻 R36、电容C31、电容C32、二极管D31、稳压管DWl、稳压管DW2组成；将驱动信号输入主电路触发IGBT ;所述驱动芯片采用富士公司生产的混合IC驱动器EXB841。
[0012]所述主电路由三相逆变桥式电路和电容C构成；所述每个桥臂均有一个IGBT开关管和一个二极管反并联而成，每个桥臂的一端分别连接电网的三相线路，另一端连接电容 C ;所述每个IGBT开关管的门极接受驱动电路发出的驱动信号。
[0013]所述IGBT采用EUPEC公司生产的IGBT模块，型号为BSM50GB120DN。
[0014]所述保护电路由电流传感器、LM311比较器、电阻R41、电阻R42电阻R43、电阻 R44、电容C41、电容C42组成。检测逆变桥输入直流母线上的电流，输出信号送入控制电路 DSP的INT中断口 ；所述电流传感器采用日本HINooE公司生产的直测式霍尔效应电流传感器 HAPS — 200/4。
[0015]一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM检测与控制系统及方法，其特征在于包括以下步骤:
[0016](I)将采集电路检测得到的电压信号输入控制电路的模数转换模块进行转换。
[0017](2)将模数转换模块输出的数字信号输入控制电路的DSP芯片。
[0018](3)DSP芯片利用得到的数字信号进行无功电流的计算，调节后得到所需补偿量的大小，然后将补偿量转化为调制信号，再计算SPWM脉冲发出响应的SPWM脉冲，送入驱动电路。
[0019](4)驱动电路发出信号控制主电路中6个IGBT开关器件的通断。
[0020](5)主电路中的各桥臂根据接收到的信号决定各桥臂的通断以产生期望补偿的无功电流。
[0021]所述步骤(3)中的无功电流检测计算由以下步骤构成:
[0022]①将采集电路得到的电压信号通过控制电路的DSP芯片进行坐标变换；
[0023]②经过坐标变化的信号在DSP芯片中进行数字低通滤波得到其直流分量，直流分量通过DSP芯片实时计算得到电压基波正序分量的初相角0 ；
【权利要求】
1.一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于它包括采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其中，所述采集电路的输入端连接外部电网中的电压互感器，其输出端连接控制电路的输入端；所述控制电路的输出端连接驱动电路上的输入端；所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；所述主电路的输出端输出补偿电流信号反馈给电网；所述保护电路输入端连接直流母线电流互感器，其输出端连接控制电路的输入端。
2.根据权利要求1所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述采集电路由电压互感器、二极管D11、二极管D12、电容C11、电阻R11、放大电路0P07、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、二极管D21、二极管D22组成；将采集的信号处理后送入控制电路模数转换模块端口，其连接为常规连接。
3.根据权利要求2所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述电压互感器采用TA10104 — 2K卧式穿芯微型精密交流电压互感器。
4.根据权利要求1所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述控制电路由模数转换模块、DSP芯片、数据存储模块组成；所述数模装换模块输入端与采集电路输出端连接，其输出端与DSP芯片输入端呈双向连接；所述DSP输入端同时与保护电路输出端相连接，其输出端与驱动电路输入端连接，同时与数据存储模块呈双向连接。
5.根据权利要求4所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述模数转换模块采用TI公司的ADC转换芯片ADS8364 ;所述DSP芯片采用 TMS320F2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM，128K片内FLASH，128K板上存储器， 与上位机通过RS232接口通信。
6.根据权利要求1所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述驱动电路由驱动芯片、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容 〇31、电容032、二极管031、稳压管011、稳压管012组成；将驱动信号输入主电路触发IGBT ； 所述驱动芯片采用富士公司生产的混合IC驱动器EXB841。
7.根据权利要求1所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述主电路由三相逆变桥式电路和电容C构成；所述每个桥臂均有一个IGBT开关管和一个二极管反并联而成，每个桥臂的一端分别连接电网的三相线路，另一端连接电容C ;所述每个IGBT开关管的门极接受驱动电路发出的驱动信号；所述IGBT采用EUPEC公司生产的 IGBT 模块，型号为 BSM50GB120DN。`
8.根据权利要求1所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM控制系统，其特征在于所述保护电路由电流传感器、LM311比较器、电阻R41、电阻R42电阻R43、电阻R44、电容 C41、电容C42组成。检测逆变桥输入直流母线上的电流，输出信号送入控制电路DSP的INT 中断口 ；所述电流传感器采用日本HINooE公司生产的直测式霍尔效应电流传感器HAPS — 200/4。
9.一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM检测与控制系统及方法，其特征在于包括以下步骤:(1)将采集电路检测得到的电压信号输入控制电路的模数转换模块进行转换。(2)将模数转换模块输出的数字信号输入控制电路的DSP芯片。(3)DSP芯片利用得到的数字信号进行无功电流的计算，调节后得到所需补偿量的大小，然后将补偿量转化为调制信号，再计算SPWM脉冲发出响应的SPWM脉冲，送入驱动电路。(4)驱动电路发出信号控制主电路中6个IGBT开关器件的通断。(5)主电路中的各桥臂根据接收到的信号决定各桥臂的通断以产生期望补偿的无功电流。
10.根据权利要求9所述一种基于改进瞬时无功功率的STATCOM检测与控制系统及方法，其特征在于所述步骤(3)中的无功电流检测计算由以下步骤构成:①将采集电路得到的电压信号通过控制电路的DSP芯片进行坐标变换；②经过坐标变化的信号在DSP芯片中进行数字低通滤波得到其直流分量，直流分量通过DSP芯片实时计算得到电压基波正序分量的初相角0 ；
【文档编号】H02J3/18GK103560528SQ201310576582
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】刘少宇, 马幼捷, 李毅, 周雪松, 高明杰, 高峰, 王银明, 徐 明, 王平, 赵希辉, 郑宇清 申请人:国家电网公司, 国网新源张家口风光储示范电站有限公司, 天津理工大学