一种链式SVG控制系统及控制方法与流程

文档序号：12907776阅读：462来源：国知局

本发明涉及链式svg控制技术领域，具体涉及一种链式svg控制系统及控制方法。

背景技术：

随着经济的高速发展，电力系统中的大容量感性负载、电力电子设备、以及大功率非线性负载(如电气化机车、轧机、电弧炉、硅铁炉等)逐渐增多，这些设备对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势，电网的电能质量问题日益凸显。

静止无功发生器(svg)作为柔性交流输电技术下的重要装置，是迄今为止性能最优越的静止无功补偿设备受到广泛关注。其中，链式svg成为研究的热点，因为链式svg通过多电平技术减少输出谐波、降低开关频率；采用串联结构突破了电子器件的电压限制，从而应用到高压场合；同时易于实现模块化生产和调试，故而链式svg在智能电网下具有十分广泛的应用前景。

现有svg的控制器控制能力不足，造成系统动态响应差、电流波形控制能力差谐波畸变率大，不能充分发挥链式svg多电平的低电流谐波畸变率、高动态响应的性能特点，不利于对无功功率的调节控制，同时导致连接电感值要求较大，使得成本提高，以及增加了设备与系统谐振的几率，降低了可靠性和适用性，因此有必要解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提出一种链式svg控制系统及控制方法，本发明控制系统中采用内环与外环分离，同时采用dsp+fpga异构多处理器并行控制，最大限度地提升了系统性能。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种链式svg控制系统，包括内环控制部分和外环控制部分，其中内环控制部分由依次连接的ad数据采样模块、内环数据变换模块、电流内环控制模块和前馈计算模块组成，由现场可编程门阵列fpga进行控制；外环控制部分由外环数据读取模块、与外环数据读取模块连接的外环数据变换模块、与外环数据变换模块连接的外环控制算法模块以及锁相环spll模块组成，由数字信号处理器dsp进行控制；内环控制器部分和外环控制器部分采用dsp+fpga异构多处理器并行控制计算架构。

所述内环控制部分的ad数据采样模块的输入端由采样数据送入数据，ad数据采样模块的输出端与内环数据变换模块的输入端相连接，内环数据变换模块的输出端与电流内环控制模块的输入端相连接，其电流内环控制模块同时接收外环的输出指令，电流内环控制模块的输出端与前馈计算模块的输入端相连接，同时前馈计算模块还接收外环输出的前馈指令，最终前馈计算模块将两部分数据进行计算输出最终的控制指令来控制链式svg；

所述外环控制部分，外环数据读取模块的输入端与内环控制部分的ad数据采样模块相连接，外环数据读取模块的输出端与外环数据变换模块的输入端相连接，所述外环数据变换模块的输出端分别与锁相环spll模块和外环控制算法模块的输入端相连接，同时锁相环spll模块的输出端与外环控制算法模块的输入端相连接，外环控制算法模块输出外环指令和前馈指令，所述外环指令送入内环控制部分的电流内环控制模块，所述前馈指令送入内环控制部分的前馈计算模块。

链式svg控制系统的控制方法，包括内环控制部分和外环控制部分，具体实现步骤如下：

内环控制部分：

步骤1：首先内环控制部分的ad数据采样模块读取电压、电流采样数据，同时把读取到的数据存入队列数据结构中进行fifo(先进先出)队列缓存；

步骤2：内环数据变换模块对电压、电流采样数据进行数据变换，即对采样数据乘以电压、电流定标系数，把电压、电流采样原始数据转换为电压、电流单位控制量数据，计算公式如下：

ua＝sample_ua×vs

ub＝sample_ub×vs

uc＝sample_uc×vs

其中，sample_ua，sample_ub，sample_uc分别为三相电压采样原始数据，ua，ub，uc分别为三相电压单位控制量数据，vs为电压定标系数；

iaback＝sample_ia×cs

ibback＝sample_ib×cs

icback＝sample_ic×cs

其中，sample_ia，sample_ib，sample_ic分别为三相反馈电流采样原始数据，iaback，ibback，icback分别为三相反馈电流单位控制量数据，cs为电流定标系数；

步骤3：电流内环控制模块把转换后的电流单位控制量数据与外环输出的电流指令在静止坐标系abc下进行电流内环控制调节量计算；

步骤4：前馈计算模块把电流内环控制调节量与外环输出的电网电压前馈值相加之后形成控制输出调制波指令并输出，其计算公式如下所示：

iamout＝iaout+uaforward

ibmout＝ibout+ubforward

icmout＝icout+ucforward

其中，iaout，ibout，icout为三相控制器电流内环控制调节量，uaforward，ubforward，ucforward为三相电网电压前馈量，iamout，ibmout，icmout为三相控制器输出调制波指令；

外环控制部分：

步骤1：外环数据读取模块读取采样数据，内环控制部分的ad数据采样模块把缓存在队列中的数据发送给外环数据读取模块；

步骤2：外环数据变换模块对电压、电流采样数据进行数据变换，变换方法同内环数据变换模块对电压、电流采样数据进行的数据变换，把采样原始数据转换为电压、电流单位控制量数据；

步骤3：锁相环spll模块根据采样的电网电压数据按照常规的锁相算法进行spll软锁相控制计算，输出锁相指令；

步骤4：外环控制计算，读取外环数据变换模块输出的直流母线电压单位控制量数据，根据直流母线电压的控制算法对直流母线电压进行计算，输出直流电压电流控制指令，同时根据电网电压、电感电流、公共母线电流并根据电流控制算法进行计算，输出外环的电流控制指令，该电流控制指令与直流电压电流控制指令相加产生外环控制指令，输出给内环控制器的电流内环控制模块以及电网电压前馈指令。

内环控制部分步骤3所述的电流内环控制模块把转换后的电流单位控制量数据与外环输出的电流指令在静止坐标系abc下进行电流内环控制调节量计算，具体的计算方法如下：

步骤1：输入外环输出的三相电流指令iaref，ibref，icref，以及三相反馈电流单位控制量数据iaback，ibback，icback；

步骤2：三相控制误差计算，即三相电流指令减去三相反馈电流单位控制量数据，其计算公式如下所示：

iaerror＝iaref-iaback

iberror＝ibref-ibback

icerror＝icref-icback

其中，iaref，ibref，icref为三相电流指令，iaback，ibback，icback为三相反馈电流单位控制量数据，iaerror，iberror，icerror为三相控制误差输出量；

步骤3：三相控制比例p调节器计算，即对三相控制误差输出量iaerror，iberror，icerror乘以比例调节系数kp，其计算公式如下所示：

iap＝iaerror×kp

ibp＝iberror×kp

icp＝icerror×kp

其中，iaerror，iberror，icerror为三相控制误差输出量，kp为比例调节系数，iap，ibp，icp为三相控制比例p调节器输出量；

步骤4：三相控制准谐振r调节器计算，即对三相控制误差输出量iaerror，iberror，icerror进行准谐振r调节器差分计算，其计算公式如下所示：

iar(k)＝-a15×iar(k-1)-a25×iar(k-2)+b05×iaerror(k)+b25×iaerror(k-2)

ibr(k)＝-a15×ibr(k-1)-a25×ibr(k-2)+b05×iberror(k)+b25×iberror(k-2)

icr(k)＝-a15×icr(k-1)-a25×icr(k-2)+b05×icerror(k)+b25×icerror(k-2)

其中，iaerror(k)，iberror(k)，icerror(k)为三相控制误差当前输出量，iaerror(k-2)，iberror(k-2)，icerror(k-2)为三相控制误差历史前2节拍输出量，iar(k)，ibr(k)，icr(k)为三相控制准谐振r调节器当前输出量，iar(k-1)，ibr(k-1)，icr(k-1)为三相控制准谐振r调节器历史前1节拍输出量，iar(k-2)，ibr(k-2)，icr(k-2)为三相控制准谐振r调节器历史前2节拍输出量，a15，a25，b05，b25为准谐振r调节器参数；

步骤5：三相控制器输出指令计算，即对三相控制比例p调节器输出量与三相控制准谐振r调节器当前输出量做相加计算并输出，其计算公式如下所示：

iaout＝iap+iar(k)

ibout＝ibp+ibr(k)

icout＝icp+icr(k)

其中，iap，ibp，icp为三相控制比例p调节器输出量，iar(k)，ibr(k)，icr(k)为三相控制准谐振r调节器当前输出量，iaout，ibout，icout为三相控制器输出指令调节量。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1)本发发明控制系统中采用内环与外环分离，同时采用dsp+fpga异构多处理器并行控制，最大限度地提升了系统性能，极大地增强了控制器的控制能力，其内环控制带宽可以提高约10倍，极大提高了系统动态性能和稳态精度。

2)采用本发明控制方法后，大大的减小硬件电路中的器件参数，从而极大的提高了设备应用环境，以及在保证性能指标和系统稳定性的同时降低了系统成本。

附图说明

图1为本专利技术的系统框图。

图2为本控制系统整体控制方法流程图。

图3为本控制系统电流内环控制量计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明一种链式svg控制系统，包括内环控制部分和外环控制部分，其中内环控制部分由依次连接的ad数据采样模块、内环数据变换模块、电流内环控制模块和前馈计算模块组成，由现场可编程门阵列fpga进行控制；外环控制部分由外环数据读取模块、与外环数据读取模块连接的外环数据变换模块、与外环数据变换模块连接的外环控制算法模块以及锁相环spll模块组成，由数字信号处理器dsp进行控制；内环控制器部分和外环控制器部分采用dsp+fpga异构多处理器并行控制计算架构。

如图1所示，所述内环控制部分的ad数据采样模块的输入端由采样数据送入数据，ad数据采样模块的输出端与内环数据变换模块的输入端相连接，内环数据变换模块的输出端与电流内环控制模块的输入端相连接，其电流内环控制模块同时接收外环的输出指令，电流内环控制模块的输出端与前馈计算模块的输入端相连接，同时前馈计算模块还接收外环输出的前馈指令，最终前馈计算模块将两部分数据进行计算输出最终的控制指令来控制链式svg。

链式svg控制系统的控制方法，包括内环控制部分和外环控制部分，具体实现步骤如下，如图2所示：