H桥级联STATCOM的无功补偿的软件设计与实现

发布时间：2020-06-14 16:34

【摘要】：当今社会,电力系统的发展状况和电能的应用程度已经成为衡量一个国家发展水平的重要指标。随着国民经济和科学技术的快速发展,电网中的高精度电气设备日益增多,各行各业对电能的质量要求越来越高。电网中的无功功率会造成电压下降、电流增大、线路损耗增大等损害,同时也对其他负载的工作状况造成影响。所以对电网中的无功功率进行补偿具有重要意义。本文首先分析总结了闸管投切电容器(TSC)、晶闸管控制电抗器(TCR)以及静止同步发生器(STATCOM)等无功功率补偿装置的特点,选择了H桥级联STATCOM装置作为研究对象,并根据无功功率补偿的要求,设计了满足实时性、可靠性以及准确性要求的软件系统。STATCOM装置的软件系统包含数据采集单元、数据通信单元以及上位机人机交互单元三个部分。其中,数据采集单元的功能包括控制采样芯片实现对电网侧信息的采集,并将采集到的数据进行分析计算,获取到电网中实时的无功电流。数据通信单元主要包括控制单元对设备整体的控制,以及数据在不同单元中的交换,本文中硬件采用平台化的设计方式,分为母板和子板进行功能开发设计,数据通信单元是各模块之间数据传输的纽带;经过数据通信单元由DSP芯片将电网中的无功数据发送到FPGA芯片中;通过FPGA芯片采用载波移相调制方式产生IGBT的触发信号,控制其输出以达到补偿的效果;在ARM中进行嵌入式系统的移植,通过Linux平台下的应用开发实现对STATCOM装置的整体控制。同时开发了上位机人机交互单元,通过ModBus TCP协议实现STATCOM装置与上位机的通讯,并经过通信单元获取DSP与FPGA中的状态数据实现各模块中信息的显示,以便于查看电网以及STATCOM的运行情况,为STATCOM装置安全可靠地运行提供了技术保障。最后,本文搭建试验平台验证STATCOM装置的功能,对软件的动作可靠性、监控数据实时性以及正确性进行了测试。经实验证明,本文设计的软件系统运行可靠,能够实现对无功功率的补偿,同时上位机内容显示正确,实现了对STATCOM装置实时状态的有效监控。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.52;TM761.12
【图文】：

理想状态,电流,容性无功,感性无功

I(a) 容性工况，电流超前，吸收容性无功 (b) 感性工况，电流滞后，吸收感性无功图2.11 理想状态下 STATCOM 装置工作情况将 STATCOM 装置应用到工程中，则不能忽略连接电抗器和设备本身的损耗（如管压降、电阻损耗等），若将总损耗等效为单个器件电阻损耗，则 STATCOM 的电流超前和滞后状态相量图可表达为图 2.12。ISUCU LUSUCU ILU(a)容性工况，电流超前，吸收容性无功 (b)感性工况，电流滞后，吸收感性无功图2.12 工程应用中 STATCOM 装置工作情况综合等效电路图和向量图可知，STATCOM 输出电流表达式：S CU UIjX (2-4)STATCOM 输出的单相视在功率为：S CSU US Uj L (2-5)STATCOM 装置的功能为对电网中的无功进行补偿，从理论上来讲，不会与电网之间产生有功功率的回馈。但是 STATCOM 装置中的因含有可控硅、电容、电抗等器件，所以会存在等效电阻。因而，该装置在运行的过程中会从电网侧吸收少量的有功电流

等效电路图,电网,无功,容性无功

U(a)容性工况，电流超前，吸收容性无功 (b)感性工况，电流滞后，吸收感性无功图2.12 工程应用中 STATCOM 装置工作情况综合等效电路图和向量图可知，STATCOM 输出电流表达式：S CU UIjX (2-4)STATCOM 输出的单相视在功率为：S CSU US Uj L (2-5)STATCOM 装置的功能为对电网中的无功进行补偿，从理论上来讲，不会与电网之间产生有功功率的回馈。但是 STATCOM 装置中的因含有可控硅、电容、电抗等器件，所以会存在等效电阻。因而，该装置在运行的过程中会从电网侧吸收少量的有功电流，以达到维持直流侧电压平衡的目的。但是这部分有功与无功相比，比例非常小，故在理论分析中一般选择忽略不计，可认为 STATCOM 输出电压CU 与电网电压SU

【参考文献】