1 引言
靜止無(wú)功發(fā)生器bbb(static var generator) 是靈活交流輸電系統(tǒng)facts(flexible ac transmission system)技術(shù)中的一個(gè)重要基礎(chǔ)部件。隨著facts技術(shù)不斷的發(fā)展和完善，目前世界上已有很多國(guó)家研制出了容量各不相同的bbb裝置，尤其是在高壓、大容量輸電系統(tǒng)中。如90年代日本研制的20mvar靜止無(wú)功發(fā)生器，美國(guó)研制出的100mvar靜止無(wú)功發(fā)生器等。國(guó)內(nèi)最近幾年來(lái)在bbb方面的研究工作也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和突破性的進(jìn)展，并逐漸向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏。如1999年清華大學(xué)與河南電力局共同研制的靜止無(wú)功發(fā)生器和2001年國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院研制的靜止無(wú)功發(fā)生器都成功的投入了運(yùn)行?？梢哉f(shuō)bbb在高壓輸電系統(tǒng)中得到了蓬勃發(fā)展，并且在實(shí)際應(yīng)用中都起到了極為重要的作用。
隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是美國(guó)學(xué)者l.gyugyi提出利用變流器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償理論以來(lái)，出現(xiàn)了應(yīng)用變流技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)撵o止無(wú)功補(bǔ)償器。根據(jù)直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，可以把bbb分為電壓型和電流型，現(xiàn)在大部分采用電壓型。而bbb不但能補(bǔ)償基波的無(wú)功分量，還可以對(duì)諧波進(jìn)行抑制。
2 bbb的基本原理
圖1所示的是電壓型bbb的原理圖，其基本原理在參考文獻(xiàn)[1]中有詳細(xì)論述。
考慮到連接電抗器的損耗和變流器本身的損耗(如管壓降、線性電阻等)，并將總的損耗集中作為連接電抗器的電阻考慮，則bbb的單相等效電路如2(a)所示，吸收容性無(wú)功與吸收感性無(wú)功時(shí)的向量圖如圖2(b)所示:當(dāng)大于時(shí)，電流超前系統(tǒng)電壓，bbb從系統(tǒng)吸收容性的無(wú)功功率(即發(fā)出感性無(wú)功功率);當(dāng)小于時(shí)，電流滯后系統(tǒng)電壓，bbb從系統(tǒng)吸收感性的無(wú)功功率(即發(fā)出容性無(wú)功功率)，如圖2(b)所示。基于上述的原理，進(jìn)行具體的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，構(gòu)件實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
3 bbb的實(shí)驗(yàn)研究
圖3所示的是基于ipm的bbb實(shí)驗(yàn)裝置方案，控制方案采用直接控制策略，bbb實(shí)驗(yàn)裝置的容量為士3kvar，交流電源380v，經(jīng)變壓后接到bbb交流側(cè)。bbb主電路由不控整流橋和一組三相逆變器構(gòu)成，控制系統(tǒng)硬件電路包括dsp控制器，無(wú)功檢測(cè)板及電網(wǎng)頻率、相位捕獲單元，系統(tǒng)還設(shè)置了過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)電路。
3.1 硬件設(shè)計(jì)
在實(shí)驗(yàn)中，由于直流側(cè)采用不可控的整流模塊給電容供電，所以電容側(cè)的電壓是恒定的。輸入信號(hào)只有4路電流和1路電壓，在我們的硬件電路中也相應(yīng)的有4路電流采樣和1路電壓采樣。4路電流采樣是完成對(duì)無(wú)功電流的閉環(huán)控制，1路電壓采樣是完成對(duì)頻率和相位的捕獲，如圖4所示。
此外，還對(duì)驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路(包括:過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路、泵升保護(hù)電路等)、驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是對(duì)無(wú)功電流的計(jì)算，在設(shè)計(jì)中采用的是基于ip、iq運(yùn)算方式。
ip、iq運(yùn)算方式主要包括以下幾個(gè)步驟:
(1) 采集a相電壓ua，通過(guò)一個(gè)鎖相環(huán)(pll)獲取a相電壓ua的相角，并由它產(chǎn)生與ua同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)cosωt;
(2) 采集負(fù)荷側(cè)的三相電流，并進(jìn)行abc 三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)棣?β兩相坐標(biāo)的變換，求出在α、β坐標(biāo)下對(duì)應(yīng)的值;
(3) 利用下面的公式求出α－β兩相坐標(biāo)下電流的有功分量和無(wú)功分量。
(4) 將電流的有功分量經(jīng)過(guò)一個(gè)數(shù)字低通濾波器，從而得到電流的基波有功分量。
(5) 將經(jīng)過(guò)c-1變換可得到α－β坐標(biāo)下的基波有功分量電流iαf、iβf。
(6) 利用式c23得到相應(yīng)的abc三相坐標(biāo)的基波有功電流分量iaf、ibf、icf。
(7) 再與采樣電流ia、ib、ic作減法，就得到了運(yùn)用瞬時(shí)功率理論進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)需要的無(wú)功檢測(cè)電流。
軟件大體包括以下幾個(gè)子程序模塊:系統(tǒng)初始化模塊、系統(tǒng)保護(hù)模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、a/d檢測(cè)模塊、數(shù)字濾波模塊、dq變換與反變換模塊、spwm脈沖生成模塊。
4 實(shí)驗(yàn)示波圖
經(jīng)過(guò)軟件編程，得到了dsp輸出的同一橋臂互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且含有6.46μs的死區(qū)時(shí)間，如圖6所示。
dsp發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路后，送入ipm，圖7是ipm發(fā)出的相電壓波形，圖8是ipm發(fā)出的線電壓波形。
圖9為系統(tǒng)電壓和逆變器輸出同頻同相的波形。1路為逆變器輸出u相電壓信號(hào)，2路為系統(tǒng)相電壓信號(hào)。
圖10為逆變器輸出電流滯后系統(tǒng)電壓約90°的波形。2路為系統(tǒng)電壓信號(hào)，1路為逆變器輸出電流信號(hào)。
圖11為逆變器輸出電流超前系統(tǒng)電壓約90°的波形。2路為系統(tǒng)電壓信號(hào)，1路為逆變器輸出電流信號(hào)。
5 結(jié)束語(yǔ)
顯然，圖10反映了逆變器輸出電流滯后系統(tǒng)電壓約90°，bbb吸收感性無(wú)功;圖11反映了逆變器輸出電流超前系統(tǒng)電壓約90°，bbb發(fā)出感性無(wú)功。靜止無(wú)功發(fā)生器bbb能向電網(wǎng)提供連續(xù)可控的感性和容性無(wú)功功率，可使電網(wǎng)功率因數(shù) 為任意指令值、電流波形接近正弦，同時(shí)能調(diào)控電網(wǎng)電壓，它在提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、阻尼系統(tǒng)振蕩等方面，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于晶閘管相控電抗器，它是電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展方向。
bbb能動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償無(wú)功電流和諧波電流，從而對(duì)減少線路損耗，增大有功輸送能力，抑制諧波，提高電能質(zhì)量都起到很好的作用。目前將bbb技術(shù)應(yīng)用到補(bǔ)償?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)或工業(yè)負(fù)荷相對(duì)較少，而國(guó)外一些大型生產(chǎn)廠家和研發(fā)機(jī)構(gòu)在這方面已經(jīng)有了相對(duì)成熟的產(chǎn)品，但是裝置價(jià)格昂貴，因此開(kāi)發(fā)研制bbb具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1] 王兆安，楊 君，劉進(jìn)軍. 諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998
作者簡(jiǎn)介
孫洪亮(1980-) 男 廣西自動(dòng)化學(xué)會(huì)會(huì)員/研究生 就讀于廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院控制理論工程專(zhuān)業(yè)，研究方向?yàn)楝F(xiàn)化控制技術(shù)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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