基于FPGA的靜態無功補償裝置(SVC)

SVC研發背景

        我國研究和應用SVC已有20多年歷史，研制出不少產品，但這些產品大多集中在工業和配電領域，容量一般為10～55 Mvar。20世紀八、九十年代，我國輸電系統5個500 kV變電站安裝了6套容量為105～170 Mvar 的SVC，均為進口設備，國內第一套應用于輸電網的SVC于2004年9月投運，為電力系統中SVC的國產化和產業化打下了基礎[1]。

TSC+TCR型SVC

        SVC有三種基本配置：1.固定電容器+晶閘管控制的電抗器(FC+CR)。2.晶閘管切換的電容器(TSC)。3.晶閘管切換的電容器+晶閘管控制電抗器(TSC+TCR)。其中，TSC+TCR的組合在通常情況下都是最優解決方案，用TSC+TCR補償器可以獲得連續變化的無功功率并做到對補償器的電感和電容部分的完全控制。

基于NI CompactRIO的全數字控制器

        TSC+TCR型SVC主要由全數字控制系統和TCR、TSC閥組構成，全數字控制系統的控制精度和響應速度直接影響到SVC能否有效解決負載帶來的電能質量問題，是SVC的心腹要塞。

        傳統的控制算法是基于DSP實現的[2]，我們的客戶之一某SVC設備供應商之所以選用NI CompactRIO，主要因為DSP板級的開發和調試周期都比較長，自己開發的DSP板可靠性和穩定性又無法保證，為了產品能盡快交貨又保證質量，工程師最終選擇了集成FPGA技術的CompactRIO平臺，在一個月內完成了全數字控制系統的發布[3]。



        如圖 1所示，“電壓測量”環節由NI9215模塊測量被控的正序電壓，包括3相母線電壓、3相負載電流和3相源電流，Vref是根據要求設定的電壓參考值， “電壓調節器”會根據測量電壓Vm和參考電壓之間的差值，計算出要保持母線電壓恒定所需要的并聯電納值B，“分配環節”決定了TSC(晶閘管投切的電容器)是否需要投切、計算出TCR(晶閘管控制的電感器)需要并入的“點火角”α，最后由同步單元利用鎖相環(PLL)跟蹤次級電壓，嚴格與工頻同步并根據“點火角”在不同的相位給晶閘管發出控制脈沖[4]。