1、控制策略與裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要：基于現(xiàn)代電力系統(tǒng)對無功補償技術(shù)應(yīng)用的迫切需要，對配電網(wǎng)靜止同步無功補償裝置（STATCOM）進行了相關(guān)研究。針對配電網(wǎng)STATCOM裝置級控制進行了分析，結(jié)合實際工程中等效電阻時變的特點，分析了簡化型無電阻反饋控制策略，采用空間矢量PWM（SVPWM）控制方法，設(shè)計了基于智能功率模塊IPM及雙DSP控制的配電網(wǎng)STATCOM裝置。? 關(guān)鍵詞：控制策略；STATCOM裝置；分析；設(shè)計? ? 1 STATCOM控制策略分析? 1.1 STATCOM控制策略基礎(chǔ)? 從控制策略上來講，可以分為三個層次：系統(tǒng)級，裝置級，器件級。這三個層次控制的邏輯關(guān)系如下圖所示：? 系統(tǒng)級

2、控制主要是針對整個系統(tǒng)要實現(xiàn)的目標而言，因此輸電網(wǎng)STATCOM要比配電網(wǎng)STATCOM的系統(tǒng)級控制要復雜。我國清華大學研制的20Mvar STATCOM就是多目標系統(tǒng)級控制，其目標是提供無功功率、穩(wěn)定母線電壓、提供系統(tǒng)阻尼，控制方法采用了模糊控制。論文論文參考網(wǎng)對于配電網(wǎng)STATCOM來說，其實現(xiàn)的功能就是提供無功功率，進行就地補償，同時兼有穩(wěn)定接入點電壓的功能。因此本文中系統(tǒng)級控制方式不予考慮，將系統(tǒng)級控制的輸出看作常量，表征無功補償參考輸入。? 器件級控制就是驅(qū)動開關(guān)器件的控制，根據(jù)驅(qū)動脈沖的形狀分為方波控制和PWM波控制。PWM波由不同的方法產(chǎn)生，如空間矢量PWM，特定諧波消除PWM以

3、及最平常的正弦調(diào)制SPWM等。? 裝置級控制是系統(tǒng)級控制與器件級控制之間的一個橋梁，研究從脈沖控制結(jié)果到系統(tǒng)無功電流需求之間的模型與控制問題，亦即探討配電網(wǎng)STATCOM無功輸出電流與脈沖控制角之間的非線性關(guān)系，進而設(shè)計一定的控制規(guī)律使得裝置輸出能較好地滿足從系統(tǒng)角度提出的無功電流需求。? 1.2 簡化型無電阻反饋控制方法? ? 1.3 空間矢量PWM（SVPWM）? SVPWM基本思想就是將三相逆變器的交流側(cè)電壓在復平面上綜合成電壓矢量，并通過若干開關(guān)狀態(tài)形成一系列的空間矢量，利用這些電壓矢量去逼近以交流電動機理想磁通圓為基準的電壓圓，從而形成PWM波形。空間矢量脈寬調(diào)制是應(yīng)用于三相電壓源逆

4、變器的功率器件的一種特殊的開關(guān)觸發(fā)順序和脈寬大小的組合。這種開關(guān)觸發(fā)順序和組合可以在逆變器的交流側(cè)產(chǎn)生三相互差120度電角度的波形失真較小的正弦波電流。? 1.4 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)? 本文筆者選取了簡化型無電阻反饋空間矢量PWM的控制策系統(tǒng)的完整的控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：? 根據(jù)無電阻反饋控制方法的分析，加上無電阻反饋控? 論文論文參考網(wǎng)2 配電網(wǎng)STATCOM裝置總體結(jié)構(gòu)? 配電網(wǎng)STATCOM主電路由一組三相逆變器構(gòu)成，配電網(wǎng)STATCOM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4：? 從圖4可以看出，配電網(wǎng)STATCOM的整體結(jié)構(gòu)按照功能可以分成以下幾個部分：? 主電路單元：產(chǎn)生輸出電流的主要電路，主要由變流器、直流

5、側(cè)電容器、連接電抗器和各種繼電保護裝置組成。? 電源電路：為測量電路、控制電路提供工作電源。? 測量電路：采用霍爾元器件、提拉電路對系統(tǒng)接入點電壓、負載電流、裝置輸出電流以及直流側(cè)電壓進行采樣測量。? 控制電路：對輸入的測量反饋信號、遙控器指令信號和各繼電器信號等進行處理，實現(xiàn)產(chǎn)生PWM波形來驅(qū)動逆變部分的功率元件以及保護等功能，并對數(shù)據(jù)進行存儲和通信。? 工業(yè)控制機：系統(tǒng)電壓、電流、無功在線顯示，給定參數(shù)輸入（電壓，電流）控制參數(shù)調(diào)節(jié)并接收本體中存儲的數(shù)據(jù)。? 3 系統(tǒng)主電路設(shè)計? 系統(tǒng)主電路由智能功率模塊IPM、整流橋、濾波電容、驅(qū)動保護電路等共同構(gòu)成。在主電路中整流部分設(shè)計采用不可控整流

6、，優(yōu)點是保證直流側(cè)電壓恒定。主電路的直流側(cè)使用大電容穩(wěn)壓和濾波。本文將主電路的整流電路設(shè)計為如圖5所示：? 如果后級逆變器輸出電流太大或出現(xiàn)故障，要及時給后級逆變器斷電。圖中放電電阻的作用是使變頻器在關(guān)閉時自動給濾波電容放電，以保證變頻器在不使用的安全性。圖中充電電阻的作用是為了防止在變頻器剛接通電源時產(chǎn)生很強大的電流，燒壞三相整流全橋及相關(guān)的電路。圖中繼電器的作用，它與充電電阻并聯(lián)，一方面是為了在變頻器正常工作時短接充電電阻，為后級的逆變器提供足夠的電流，另一方面是為了在變頻器出現(xiàn)故障時斷開，讓故障電流經(jīng)過充電電阻以限制電流。圖中熔斷絲是為了保護后級的IPM，如果電流過大它則自動熔斷，這樣后

7、級的IPM就沒有電流回路，保護了IPM不受損壞。這個熔斷絲不能放在電容之前，是因為如果IPM過流，熔斷絲可能會熔斷，即使這樣，濾波電容還有電量，繼續(xù)給IPM供電，很有可能因過流而燒壞IPM及相關(guān)電路，就起不到保護IPM的作用。? 4 測量電路設(shè)計? 為了實現(xiàn)對STATCOM的控制，要檢測系統(tǒng)接入點三相電壓以及三相電流，同時為了使開關(guān)動作與系統(tǒng)電壓同步必須要有同步信號，數(shù)據(jù)采集模塊要實現(xiàn)這兩項功能。而輸出無功閉環(huán)控制要求得知裝置輸出無功，這樣需要測量裝置輸出電流，只需測量2路，另1路計算得出，直流側(cè)要求測量直流側(cè)電壓。下面將電流檢測電路和電壓頻率捕獲電路加以介紹。? 電流檢測采用Honeywel

8、l公司的磁平衡式霍爾電流傳感器CSNE151-100（1：1000）工作電壓為15V，線性度為0.2。因為TMS320LF2407中的A/D轉(zhuǎn)換器只能處理OV到SV的電壓量，因此還必須經(jīng)過電壓偏移電路提升2.5V。輸出端再經(jīng)過二極管嵌位限幅和高頻濾波去掉毛刺和雜波后送入DSP的AD輸入通道。該電路如圖6所示，圖中的集成運算放大器采用LF356，它具有失調(diào)小、低漂移、高輸入阻抗、低噪聲、器件頻帶寬、轉(zhuǎn)換速度高、建立時間少等優(yōu)點，適用于電流采樣電路。? 另外，本系統(tǒng)需要捕獲電網(wǎng)電壓的頻率來估算無功電流和計算并網(wǎng)時刻，電壓頻率捕獲電路將正弦信號調(diào)理成同頻的方波信號，供DSP的CAP單元捕獲。電壓頻率捕獲電路如圖7所示：? 參考文獻