基于雙核DSP的單元串聯型SVG控制系統的設計研究

張裕峰

（國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京211100）

0 引言

電力系統中常見多種電能質量問題，主要包括功率因數低、諧波含量高、三相不平衡、電壓閃變和波動等。此外，新能源電能涌入電網，也對電網的穩定運行提出了更大的挑戰。高壓靜止無功發生裝置SVG（Static Var Generator）可以有效解決各種電能質量問題，提高供用電可靠性。而控制系統作為SVG裝置重要的組成部分，對裝置穩定運行起著非常重要的作用。本文提出了基于雙核DSP的單元串聯型SVG控制系統的主要組成結構，在此基礎上，對單元串聯型拓撲結構的SVG的基本控制方法進行了闡述。

1 系統組成

單元串聯型SVG主要包括功率模塊、并網電抗器和充電緩沖電路。充電緩沖電路在SVG系統并入電網前對功率模塊進行充電，充電完成后閉合旁路開關，并網電抗器主要用于濾波。圖1為主回路電路原理圖。

圖1 單元串聯型SVG電路原理圖

2 控制系統設計

2.1 基于雙核DSP的控制系統總體設計

如圖2所示，控制系統包括信號底板、CPU模件、IO模件、模擬量模件、電源模件、PWM模件、通信模件、功率模塊控制模件。通過人機界面或后臺設置系統參數，主控單元便可實現單元串聯型SVG的閉環控制、快速保護及網絡通信等控制功能。總線板主要功能為整個控制機的電源供給、各板數據傳輸及內、外部數據交換。CPU板、IO板、模擬板主要用于用戶現場各種信號的處理，單元串聯型SVG系統運行和故障的聯鎖。PWM板主要用于主控單元與各功率模塊板間的光纖通信連接。通信板主要用于SVG裝置與外界的通信連接，可以和用戶現場靈活接口，滿足用戶的特殊要求。功率模塊控制板通過光纖與PWM連接，執行PWM板下傳的控制信號并采集功率模塊工作狀態上傳至PWM板。

圖2 單元串聯型SVG控制系統構成

2.2 基于雙核DSP的控制策略設計

采用TMS320F28377作為核心處理芯片，實現基于雙核DSP+FPGA的控制系統。根據資源最優化利用原則，對雙核DSP進行了任務分配，其中DSP1主要完成模數轉換與采樣以及控制算法，DSP2主要完成保護功能、邏輯功能及通信功能，FPGA主要完成PWM輸出功能。CPU板的硬件設計原理規劃如圖3所示。

圖3 CPU板硬件框圖

2.3 雙環控制設計

DSP1執行雙閉環控制算法，如圖4所示。

系統電壓采樣后，經過鎖相環，計算電網電壓相位；裝置輸出電流進行采樣，執行坐標變換算法，將三相輸出電路解耦成有功分量id和無功分量iq；向PWM板讀取所有功率模塊的直流母線電壓信號，并與直流母線電壓給定值作差后經過PI環節得到電流有功分量給定值；向通信板讀取無功電流給定值，將有功電流和無功電流的給定值、返回值作差并經過PI環節和坐標反變換后得到三相輸出電流的參考波形。

3 實驗驗證

搭建了5 MVA樣機測試平臺，并進行了完整的性能測試，給出了部分性能測試的方法和結果。對于恒無功輸出和電壓穩定控制運行模式的測試如下：

圖4 基于單元串聯型SVG的雙閉環控制算法

3.1 恒無功模式測試

SVG裝置設定為恒無功輸出模式。將并網逆變器運行模式設定為無功補償，用以補償被測SVG裝置輸出的無功功率，避免大量無功注入到電網中影響電網電能質量。啟動并網逆變器和被測SVG裝置，手動輸入SVG輸出無功設定值，使用電能質量分析儀檢測被測裝置輸出是否與設定一致，偏差是否在精度要求范圍內，測試結果如表1所示。

表1 恒無功模式測試結果

3.2 恒電壓模式測試

SVG裝置設定為電壓穩定控制模式。將并網逆變器運行模式設定為手動給定模式，通過調節并網逆變器無功電流來改變電網電壓，然后啟動SVG裝置，測試電網電壓是否始終被穩定在設定值，電壓控制精度是否滿足要求，測試結果如表2所示。

表2 恒電壓模式測試結果

4 結語

本文對SVG的工作原理和電路結構進行分析，設計了基于雙核DSP的控制系統硬件平臺；搭建了樣機測試的軟硬件平臺，并對一臺5 MVA樣機進行了測試，測試結果驗證了控制系統工作的有效性及系統的補償性能，具有較高的實用價值。