一、鏈?zhǔn)絊VG簡(jiǎn)介
電力系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置發(fā)展到今天,從早期的電容器,同步調(diào)相機(jī),到靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC, 以及現(xiàn)在的靜止無(wú)功發(fā)生器SVG。 SVG又稱為STATCOM, 是一種基于大功率逆變器的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置,它以大功率三相電壓型逆變器為核心,其輸出電壓通過(guò)連接電抗器接入系統(tǒng),與系統(tǒng)側(cè)電壓保持同頻,同相,通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓與系統(tǒng)電壓的關(guān)系來(lái)確定輸出功率的性質(zhì),當(dāng)幅值小于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時(shí)輸出容性無(wú)功,大于時(shí)輸出感性無(wú)功。

而多電平技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)在高壓大功率應(yīng)用下的代表性解決方案,也受到越來(lái)越多的關(guān)注。多電平技術(shù)具有功率容量大,開(kāi)關(guān)頻率低,諧波少,響應(yīng)快等一系列的優(yōu)點(diǎn)。而其中鏈?zhǔn)紿橋結(jié)構(gòu)在SVG設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。
高壓鏈?zhǔn)絊VG是將自換相的橋式電路通過(guò)電抗器直接并聯(lián)在電網(wǎng)上,適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值控制其交流側(cè)電流,使該電路吸收或發(fā)出滿足要求的無(wú)功電流和諧波電流,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、諧波消除以及穩(wěn)定交流母線電壓的目的。鏈?zhǔn)?SVG能夠省去笨重的變壓器,大大減少成本,并縮小裝置的體積。模塊化設(shè)計(jì)也容易實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行,可以極大地提高裝置運(yùn)行的安全性和減少維修難度。
而鏈?zhǔn)絊VG的H橋級(jí)聯(lián)逆變的調(diào)試策略的好壞,直接決定了輸出電壓電流中諧波含量的多少,同時(shí)直流側(cè)電容電壓的平衡控制,也是確保SVG安全有效運(yùn)行的關(guān)鍵。所以建立有效的鏈?zhǔn)絊VG 仿真驗(yàn)證平臺(tái)是進(jìn)行控制特性研究的有效手段。
二、鏈?zhǔn)絊VG電路拓?fù)?/strong>
鏈?zhǔn)絊VG由基本功率單元直接串聯(lián)疊加而成,每一個(gè)單元模塊均為H橋型單相逆變器,其優(yōu)點(diǎn)是直流側(cè)相互獨(dú)立,不存在電容上的均壓?jiǎn)栴},不需要鉗位二極管或者鉗位電容,容易實(shí)現(xiàn)模塊化,所以維護(hù)很方便。同時(shí),鏈?zhǔn)紿橋結(jié)構(gòu)控制方法簡(jiǎn)單,每個(gè)功率單元可以獨(dú)立進(jìn)行控制,要想獲得更多的電平,只要增多H橋的串聯(lián)個(gè)數(shù)即可,可以方便的提高輸出電壓等級(jí)和減少諧波含量。

EasyGo技術(shù)路線主要是基于FPGA進(jìn)行開(kāi)關(guān)精確建模的方式,在保證1us小步長(zhǎng)仿真精度的前提下,盡量做到更多鏈?zhǔn)絊VG單元模塊的串聯(lián)。如下圖Demo模型,為容量12MVA,10KV的鏈?zhǔn)絊VG系統(tǒng),交流電網(wǎng)側(cè)為10kv母線,SVG每相由8個(gè)H橋模塊級(jí)聯(lián)而成。每個(gè)H橋承壓1300V。主電路拓?fù)淙缦滤荆?/p>鏈?zhǔn)絊VG demo程序
控制上外環(huán)控制電容電壓(Id_ref)以及無(wú)功功率(Iq_ref),內(nèi)環(huán)采用電流控制實(shí)現(xiàn)電容均壓以及相間平衡。


計(jì)算出調(diào)制波設(shè)定值后,采用 載波移相來(lái)生成多路脈沖。(本文主要介紹鏈?zhǔn)絊VG的主電路仿真,控制系統(tǒng)系統(tǒng)只采用通用簡(jiǎn)單的控制策略,不作過(guò)多研究)。

為了考慮模型實(shí)時(shí)仿真的可行性。整個(gè)系統(tǒng)采用多個(gè)步長(zhǎng)設(shè)置。整個(gè)電力電子電路系統(tǒng)的仿真步長(zhǎng)為1e-6;而控制系統(tǒng)的控制周期設(shè)定為1e-4,也就是10Khz,載波頻率設(shè)置在2000Hz??梢钥吹诫x線仿真結(jié)果能較好的跟隨電壓設(shè)定值以及無(wú)功設(shè)定值。

四、實(shí)時(shí)仿真的實(shí)現(xiàn)
我們將利用PXIBox來(lái)進(jìn)行整個(gè)鏈?zhǔn)絊VG的實(shí)時(shí)仿真。我們可以先將模型載入到DeskSim里面來(lái)快速分析模型的信息(DeskSim自帶模型分析功能),整個(gè)系統(tǒng)有135個(gè)關(guān)鍵元件,其中一共有96個(gè)開(kāi)關(guān)器件,需要接收96路脈沖控制指令。整個(gè)系統(tǒng)的主電路部分通過(guò)模型的部署,我們將主電路部分放至在其中一塊FPGA上進(jìn)行1.5us的實(shí)時(shí)仿真,CPU用來(lái)做控制算法運(yùn)行,實(shí)時(shí)步長(zhǎng)1e-4,另外一塊FPGA 用來(lái)做脈沖發(fā)生,這樣,我們利用PXIBox的多FPGA并行的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),一臺(tái)PXIBox即可完成HIL+RCP的半實(shí)物放著驗(yàn)證,控制系統(tǒng)和電路仿真系統(tǒng)通過(guò)物理IO對(duì)接起來(lái)。架構(gòu)如下所示。

由于本demo系統(tǒng)中只使用了一塊FPGA HIL模塊,數(shù)字輸入通道的數(shù)量有限(可以通過(guò)擴(kuò)展多塊HIL板卡來(lái)完成IO的擴(kuò)展),而本算法中單個(gè)H橋的上下管直接采取的是取反操作。所以我們可以利用EasyGo FPGAcoder模塊,對(duì)單個(gè)DI 進(jìn)行取反操作,這樣,我們只需要使用48路DI 即可完成控制指令的接收,在有限的硬件資源下完成超出硬件資源的系統(tǒng)仿真應(yīng)用。具體模型搭建如下所示:


利用PXIBox,我們完成了以上鏈?zhǔn)絊VG的demo實(shí)時(shí)運(yùn)行。具體驗(yàn)證結(jié)果如下:

以上就是為大家分享的鏈?zhǔn)絊VG系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用啦,歡迎感興趣的工程師們一起交流,仿真demo會(huì)在下期視頻里更新,需要的朋友可以關(guān)注哈。
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高壓無(wú)功補(bǔ)償發(fā)生器(SVG)電源解決方案
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