专利名称：用于svc控制系统的新型软件锁相环的实现方法
技术领域：
本发明涉及一种用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，属于电力电子技术领域。
背景技术：
随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网感性无功要求也与日俱增，特别是如可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，加上普遍应用的电力电子技术，使得电力网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，产生电能质量降低，电网功率因数降低，网络损耗增加等不良影响。静止型无功补偿设备(SVC)—般由晶闸管控制电抗器TCR(thyristor control reactor)和滤波电容器FC(filter capacitor)组成,可实现较快、连续的动态无功功率调节,具有反应时间快，运行可靠，能平衡有功，适用范围广和价格便宜等优点。锁相环(phase locked loop, PLL)在SVC控制系统中的主要作用是为SVC控制系统提供快速、稳定、高精度的同步信号。锁相环的性能，关系到整个SVC控制系统的同步以及晶闸管器件触发控制的精准度，是控制系统的重要环节。在锁相环方式上，传统的锁相方式有依靠硬件的模拟锁相环、以及依靠软件计算的α β坐标开环锁相环、傅里叶分解锁相环，这些锁相方式均存在锁相速度慢或对畸变电压敏感等缺点，在电压不平衡条件下为了抑制负序电压的影响，dq锁相环一般以IOOHz分量衰减系数为PI控制器设计指标，因此也存在着响应速度慢的缺点。
发明内容
针对传统锁相环存在的缺陷，本发明的目标是提供一种用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，充分利用控制装置资源，在DSP单元编码实现软件锁相模块，在FPGA实现锁相计数器，软件锁相模块配合锁相计数器，实现锁相功能。为达到以上目的，本发明技术方案如下:用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，包括以下步骤I)在DSP单元编码实现软件锁相模块，具体为，1-DDSP将三相系统电压信号进行Clarke变换，由abc坐标系转化到α β坐标系;1-2)进行Park变换,转化到dq坐标系，得到dq坐标系中d轴、q轴的正序分量1C、和负序分量 、iiC1 ' 1-3)将q轴的正序分量Ms+作为控制量，输入PI控制器，将PI控制器输出值初始电网频率f ^之和，作为锁相的频率输出；1-4)将锁相频率换算为FPGA锁相计数器的计数周期最大值MaxValue，传递给FPGA锁相计数器；
2)在FPGA实现锁相计数器，具体为以FPGA计数器替代复杂的积分环节，FPGA锁相计数器按照计数周期最大值MaxValue进行循环计数，当达到最大值时，计数器清零，重新开始计数；3)软件锁相模块和锁相计数器相配合，采用基于瞬时无功理论的锁相原理，以FPGA计数器替代复杂的积分环节，产生锁相角Θ，实现锁相功能，包括3-1)软件锁相模块在每个执行周期内读取当前FPGA锁相计数器的计数值，换算为当前锁相角Θ，用于锁相调节；同时软件锁相模块将当前FPGA锁相计数器的计数值提供给SVC系统，作为触发控制的时间参考；3_2)SVC控制系统根据控制算法计算出晶闸管触发角度，将其转换为触发时刻计数值K，当FPGA锁相计数器计数值达到触发时刻计数值时，SVC控制系统发触发脉冲，使得对应的晶闸管导通。前述步骤I)中进行Park变换前，采用延时相序分解法进行相序分解，滤除负序分量。前述软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制。采用上述技术手段，本发明的优点是:(I)软件锁相模块完成系统同步电压的锁相调节控制，锁相计数器代替复杂的积分环节，产生锁相角Θ，该控制方式易于工程实现，在电压不平衡、电压畸变、频率突变等条件下，仍可快速、可靠的实现锁相。(2)软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制，减小晶闸管的触发误差，提高系统的控制精度。(3)该新型软件锁相环能够方便地与SVC控制系统中的其他模块进行连接，修改参数简单方便，具有很好的通用性和可扩展性。
图1是本发明SVC控制系统硬件平台结构示意图；图2是本发明的新型软件锁相环的原理图；图3是电压跌落时锁相环仿真图；图4是频率突变时锁相环仿真图；图5是锁相环实验波形图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做详细说明。目前，绝大部分控制设备厂家的控制装置结构都是以DSP作为逻辑运算单元，并采用FPGA实现信号采集、通信处理等功能。如图1所示，本发明的SVC控制系统硬件平台选用目前业界可靠性、功能和处理能力最有优势的嵌入式CPU、DSP和大容量的FPGA进行设计，同时采用符合工业标准的高速以太网和IEC标准的数据采集的光纤通道作为数据传输链路，内部采用高可靠、高实时、高效率的数据交换接口。锁相环在SVC控制系统中的主要作用是为SVC控制系统提供快速、稳定、高精度的同步信号。本发明所实现的软件锁相环是基于FPGA和DSP共同完成的。锁相环控制原理如图2。在DSP单元的软件锁相模块，首先将电压信号进行Clarke变换，由abc坐标系转化到α β坐标系。为方便计算，进行标么化处理，由于TCR—般采用三角形接线方式，所以选取Uae做为同步电压。
权利要求
1.关于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，其特征在于:包括以下步骤 1)在DSP单元编码实现软件锁相模块，具体为， 1-1) DSP将三相系统电压信号进行Clarke变换，由abc坐标系转化到α β坐标系: 1-2)进行Park变换,转化到dq坐标系,得到dq坐标系中d轴、q轴的正序分量< 11和负序分量K、 1-3)将q轴的正序分量"作为控制量，输入PI控制器，将PI控制器输出值Af和初始电网频率f ^之和，作为锁相的频率输出； 1-4)将锁相频率换算为FPGA锁相计数器的计数周期最大值MaxValue，传递给FPGA锁相计数器； 2)在FPGA实现锁相计数器，具体为FPGA锁相计数器按照计数周期最大值MaxValue进行循环计数，当达到最大值时，计数器清零，重新开始计数； 3)软件锁相模块和锁相计数器相配合，采用基于瞬时无功理论的锁相原理，以FPGA计数器替代复杂的积分环节，产生锁相角Θ，实现锁相功能，包括 3-1)软件锁相模块在每个执行周期内读取当前FPGA锁相计数器的计数值，换算为当前锁相角Θ，用于锁相调节；同时软件锁相模块将当前FPGA锁相计数器的计数值提供给SVC系统，作为触发控制的时间参考； 3-2) SVC控制系统根据控制算法计算出晶闸管触发角度，将其转换为触发时刻计数值K，当FPGA锁相计数器计数值达到触发时刻计数值时，SVC控制系统发触发脉冲，使得对应的晶闸管导通。
2.根据权利要求1所述的用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，其特征在于:所述步骤I)中进行Park变换前，采用延时相序分解法进行相序分解，滤除负序分量。
3.根据权利要求1所述的用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，其特征在于:所述软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制。
全文摘要
本发明公开了一种用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，采用基于瞬时无功理论的锁相原理，在DSP单元编码实现软件锁相模块，以FPGA计数器替代复杂的积分环节，产生锁相角θ，软件锁相模块配合锁相计数器，实现锁相功能。在电压不平衡、电压跌落、频率突变等条件下，仍可快速、可靠的实现锁相。软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制，减小晶闸管的触发误差，提高系统的控制精度。该控制方式易于工程实现，能够方便地与SVC控制系统中的其他模块进行连接，修改参数简单方便，具有很好的通用性和可扩展性。
文档编号H03L7/18GK103095296SQ201310046799
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者王小红, 朱振飞, 刘育鑫, 方存洋 申请人:国电南瑞科技股份有限公司