± 500 kvar静止无功发生器的控制

±５００ｋｖａｒ静止无功发生器的控制

陈贤明许和平王小红王彤

（国电自动化研究院南京２１０００３）

研究与开发

摘要本文介绍了我院设计和制造的一台±５００ｋｖａｒ的静止无功发生器的控制原理和试验结

果，这台装置在现场顺利运行有一年多。

关键词：静止无功发生器（ＳＶＧ）控制三级逆变器（ＴＬＩ）

Ｃｏｎｔｒｏｌｏｆ±５００ｋｖａｒＳｔａｔｉｃｖＡＲＧｅｎｅｒａｔｏｒ

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（ＮａｎｊｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＮａｎｊｉｎｇ２１０００３Ｃｈｉｎａ）

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１引言

我院开发和研制的一台用于试验和试运行的±５００ｋａｖｒ的静止无功发生器于２００１年２月１９日投入运行。图１是联入电网的±５００ｋｖａｒＳＶＧ单线原理图【１一】。它主要包括一台三相三绕组分裂变压器（ＴＰ）和两台由中心点箝位的三级逆变器（ＴＬＩ）组成的电压源逆变器（ＶＳＩ），此外还包括一些其他器件，如用于支撑电压源逆变器直流侧电压的上、下部电容器Ｃ１、Ｃ２，装置启动用设备（电阻器Ｒ及接触器Ｋ），

用于限制流过ＧＴＯ故障电流增长速度的环流保护（ＬＣＰ），ＳＶＧ的控制和调节器，一些用于测量电压、电流和同步用的电压、电流互感器（ＰＴ，ＣＴ）矛Ｈ用于人机联系的笔记本电脑等。

图１±５００ｋｖａｒ静止无功发生器单线原理图

本文重点介绍ＳＶＧ控制的主要思想和它的软件实现。ＳＶＧ的控制是一项重要工作，它不仅涉及运行的可靠性，性能好坏，和保护的完善，并且要易于操作。＿＋５００ｋｖａｒＳＶＧ控制的主要目标之一是高度自动化，即能做到无人值守。

ＳＶＧ的控制可分为以下４个部分：

（１）正常起动、停机等的操作。

（２）在恒电压或恒无功控制下的自动调节和自动限制功能。

（３）运行状态、故障和事故的信号显示和人机会话。

（４）如三级逆变器（ＴＬＩ）直流侧上、下部电容器电压平衡，对抗电网负序电压等其他控制。

由于通过软件实现了上述的控制，±５００ｋｖａｒＳＶＧ做到了无人值守运行。

２±５００ｋｖａｒＳＶＧ控制器的硬件构成图２为±５００ｋｖａｒＳＶＧ控制器的硬件构成方块图，控制器的核心部分是ＴＩ公司的数字信号处理器ＤＳＰ，型号ＴＭＳ３２０Ｃ３１，４０ＭＨｚ带６４ＫＲＡＭ和１２８ＫＥＰＲＯＭ。ＤＳＰ用于执行ＳＶＧ所有的应用程序如：数据采集，ＰＩＤ调节计算，ＰＷＭ脉冲形成和输出，开关量输入输出，数模转换及输出等。

为了增加灵活性和可靠性，减少不必要的ＩＣ芯片，在控制器中采用了Ｘｉｌｉｎｘ公司的现场可编程门阵列ＦＰＧＡ，ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的二片ＡＤ７８７４和多

２００６年１期电号技木ｌ

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路转换器，用于２４通道的模数转换器（ＡＤＣ）。其中每８个通道可同时转换。

此外还有４路数模转换器，用於指针式的模拟仪表。由控制器内的ＤＳＰ进行调节计算，其结果通过２片ＦＰＧＡ，发出的ＰＷＭ脉冲。此外还有ＰＷＭ脉冲放大器，用于电压、电流采集的信号有源滤波器，同步电路用的正相序电压滤过器等。

３静止无功发生器（ＳＶＧ）的控制原理

通常电压源ＰＷＭ逆变器的输出电压大小，可通过调节其直流侧的直流电压或ＰＷＭ的调制系数实现。众所周知ＳＶＧ输出无功的大小和方向，可以通过控制电网电压和ＳＶＧ输出电压的基波分量问相角万的大小、正负来调节。这也是为什么ＳＶＧ需要有同步电路。

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图２ＳＶＧ控制器的硬件组成

一般讲，ＳＶＧ的输出电压亦可用调制系数来调节，考虑到逆变器直流侧的直流电压也允许在一定范围内变动，为了简化控制，这里只选了上述相角万作为被调量。

电网电压的频率在ＳＶＧ中利用同步信号由ＤＳＰ计算出。５００ｋｖａｒＳＶＧ的采样为每秒３００次，采样瞬间刻选在电网电压的过零点，为了保持ＳＶＧ每相电压的ＰＷＭ半波的完整性，防止产生次谐波，采用更高的采样频率是不利的。

ＳＶＧ可以相角万作为被调量开环控制运行，但为了能稳定运行，正常运行是在闭环控制下。ＳＶＧ最常用的运行方式是恒电压的闭环控制，它是用来保特ＳＶＧ和电网联结点的电压水平，此外有时也采用恒无功闭环运行，这时不管电网电压大小ＳＶＧ按要求输出一定的无功。

当ＳＶＧ所联的电网发生故障时，ＳＶＧ可能会发生过电流。这时５００ｋｖａｒＳＶＧ会输出１。２。１。５倍额４０ｆ电号技术２００６年１期定电流，持续数秒钟以缓和电网的运行情况，通常电网上发生的故障很快会消失。这样ＳＶＧ就自动返回到正常运行，否则如果故障持续，ＳＶＧ会转入输出允许其长期输出的电流，比如其额定电流，而不管电网电压的大小。这类情况属于ＳＶＧ的非正常运行或限制运行状态。

如果随后电网情况恢复正常，ＳＶＧ经数秒钟的确认后，会自动地回到正常运行状态。

４５００ｋｖａｒＳＶＧ控制器的软件实现ＳＶＧ控制用的应用软件是用Ｃ语言编写的，可分为两部分：主程序和中断服务程序。

图３为ＳＶＧ主程序流程图，它本质上是人机对话程序，其主要功能有：

（１）判断ＳＶＧ起动、停机和事故停机等条件。

（２）用笔记本电脑屏幕及发光二极管显示各种参数、信号，如：电气量（ｕ，，，Ｐ，ａ等）的采样数据，ＰＩＤ控制的调节参数，控制用的开关量，限制运行信号等。

（３）执行各类命令如：修正ＰＩＤ调节参数和调试时的操作顺序等。以上两种任务的执行都离不开笔记本电脑，但ＳＶＧ正常运行不用它。

图３主程序流程图

１起动和初始化２满足起动条件？３中断允许４采样５ＣＲＴ和ＬＥＤ显示６有键命令７，８命令识别９，１０命令执行１ｌ有故障？

１２停机令１３ＳＶＧ停运

５００ｋｖａｒＳＶＧ的采样频率是每秒３００次，所以中断服务程序也是每秒执行３００次。

图４是中断服务程序流程图，它是由ＳＶＧ的所

有调节和控制的应用程序组成。其主要内容有：　万方数据