基于双核DSP的单元串联型SVG控制系统的设计研究

2020-12-29张裕峰

机电信息 2020年36期

张裕峰

（国电南京自动化股份有限公司，江苏南京211100）

0 引言

电力系统中常见多种电能质量问题，主要包括功率因数低、谐波含量高、三相不平衡、电压闪变和波动等。此外，新能源电能涌入电网，也对电网的稳定运行提出了更大的挑战。高压静止无功发生装置SVG（Static Var Generator）可以有效解决各种电能质量问题，提高供用电可靠性。而控制系统作为SVG装置重要的组成部分，对装置稳定运行起着非常重要的作用。本文提出了基于双核DSP的单元串联型SVG控制系统的主要组成结构，在此基础上，对单元串联型拓扑结构的SVG的基本控制方法进行了阐述。

1 系统组成

单元串联型SVG主要包括功率模块、并网电抗器和充电缓冲电路。充电缓冲电路在SVG系统并入电网前对功率模块进行充电，充电完成后闭合旁路开关，并网电抗器主要用于滤波。图1为主回路电路原理图。

图1 单元串联型SVG电路原理图

2 控制系统设计

2.1 基于双核DSP的控制系统总体设计

如图2所示，控制系统包括信号底板、CPU模件、IO模件、模拟量模件、电源模件、PWM模件、通信模件、功率模块控制模件。通过人机界面或后台设置系统参数，主控单元便可实现单元串联型SVG的闭环控制、快速保护及网络通信等控制功能。总线板主要功能为整个控制机的电源供给、各板数据传输及内、外部数据交换。CPU板、IO板、模拟板主要用于用户现场各种信号的处理，单元串联型SVG系统运行和故障的联锁。PWM板主要用于主控单元与各功率模块板间的光纤通信连接。通信板主要用于SVG装置与外界的通信连接，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊要求。功率模块控制板通过光纤与PWM连接，执行PWM板下传的控制信号并采集功率模块工作状态上传至PWM板。

图2 单元串联型SVG控制系统构成

2.2 基于双核DSP的控制策略设计

采用TMS320F28377作为核心处理芯片，实现基于双核DSP+FPGA的控制系统。根据资源最优化利用原则，对双核DSP进行了任务分配，其中DSP1主要完成模数转换与采样以及控制算法，DSP2主要完成保护功能、逻辑功能及通信功能，FPGA主要完成PWM输出功能。CPU板的硬件设计原理规划如图3所示。

图3 CPU板硬件框图

2.3 双环控制设计

DSP1执行双闭环控制算法，如图4所示。

系统电压采样后，经过锁相环，计算电网电压相位；装置输出电流进行采样，执行坐标变换算法，将三相输出电路解耦成有功分量id和无功分量iq；向PWM板读取所有功率模块的直流母线电压信号，并与直流母线电压给定值作差后经过PI环节得到电流有功分量给定值；向通信板读取无功电流给定值，将有功电流和无功电流的给定值、返回值作差并经过PI环节和坐标反变换后得到三相输出电流的参考波形。

3 实验验证

搭建了5 MVA样机测试平台，并进行了完整的性能测试，给出了部分性能测试的方法和结果。对于恒无功输出和电压稳定控制运行模式的测试如下：

图4 基于单元串联型SVG的双闭环控制算法

3.1 恒无功模式测试

SVG装置设定为恒无功输出模式。将并网逆变器运行模式设定为无功补偿，用以补偿被测SVG装置输出的无功功率，避免大量无功注入到电网中影响电网电能质量。启动并网逆变器和被测SVG装置，手动输入SVG输出无功设定值，使用电能质量分析仪检测被测装置输出是否与设定一致，偏差是否在精度要求范围内，测试结果如表1所示。