虚拟仪器技术在SVC控制系统中的应用

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随着人类科技的不断发展和进步，电网规模越来越大，电压等级越来越高，如何保证安全、可靠、经济地向用户连续供电，成为供电系统和电力企业迫切需要解决的问题↑年来，由于电力电子技术的迅速发展，柔性交流输电系统(FACTS)作为-项新技术被提出并迅速在电能质量控制领域内得到了广泛应用。

收稿日期：2012-12-21基金项目：国家自然科学基金资助项 目(51177147)；浙江省重点科技创新团队资助项目(2010R50021)作者简介：张 曙(1988-)，男，湖北武汉人，主要从事电力电子技术方面的研究.E-mail：Potating###gmail.com通信联系人：陈国柱，男，博士，教授 ，博士生导师.E-mail：gzchen###zju.edu.cn· 738 · 机 电 工 程 第30卷目前 ，电力系统中应用最多、最为成熟的FACTS设备是静止无功补偿器SVC 。

在SVC的设计和运行过程中，SVC控制器的设计与实现非常重要。传统的SVC控制器-般是基于DSP来实现的，其开发周期长，结构复杂 ，稳定性和抗干扰能力较差。而虚拟仪器技术是测量仪器发展史上的- 次革命，它是日益发展的计算机技术、仪器技术、信息技术密切结合的产物。虚拟仪器技术的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义 ，用户无法改变的模式，用户可以随心所欲地根据自己的需求设计 自己的仪器系统 ]。

本研究采用虚拟仪器的思想，将控制器的控制部分和显示部分进行集成开发，并以Labwindows/cVI作为软件开发平台，设计并实现了380 V的TCR控制系统。

1 TCR数学模型及控制原理1.1 TCR的数学模型TCR的基本原理如图1所示。其单相基本结构就是2个反并联的晶闸管与 1个电抗器相串联 ，而三相多采用三角形联结H 。这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的交流调压电路的结构。

图1 TCR单相电路结构简图分析图1可知，晶闸管触发延迟角 的有效移相范围为90。～180。。其位移因素始终为0，也就是说，基波电流都是无功电流。 90。时，晶闸管完全导通，导通角 6180。，与晶闸管串联的电抗相当于直接接到电网上，这时其吸收的基波电流和无功功率最大。

当触发延时角 在9O。～180。之间时，晶闸管为部分区间导通 ，导通角 6<180。。增大触发延时角的效果就是减少电流中的基波分量，相当于增大补偿器的等效感抗，或者说减小其等效电纳，因而减少了其吸收的无功功率。

由傅里叶变换可得，TCR电流的基波分量与晶闸管导通角之间的关系为：11- U (1)式中： -系统电压， -与晶闸管串联的电抗的感抗值。

由式(1)可推出TCR的等效电纳为：BL- (2)其中，等效电纳最大值为B 1/X 。

由式(2)可知 ，导通角 6与TCR等效电纳之间是非线性的关系。本研究在Matlab中绘制其对应关系曲线，如图2所示。分析图2可知，通过改变晶闸管的导通角 ，即可改变TCR等效电纳，从而改变电抗器吸收的无功。

蕃蓁导通角 /(。)图2 导通角 6与TCR等效电纳 B 之间的非线性关系1.2 TCR的控制方法TCR的控制系统应能够检测系统的有关变量，并根据检测量的大小以及给定输入量的大小，产生相应的晶闸管触发延迟角，以调节补偿器吸收的无功功率。TCR系统的结构框图如图3所示。

由图3可知，TCR控制系统由检测、控制、触发、保护4个子系统构成。三相电压及电流-次信号经调理电路后 ，变换为适用于数据采集卡的低压信号。数据采集卡采集到的信号送人工控机中进行处理得到晶闸管的触发角，并计算得到相应的触发脉冲，再经I/O图3 TCR控制器结构框图母线和系统三相电压 ，电流采样· 740 · 机 电 工 程 第30卷驱动电流和晶闸管触发角之间的关系为：，20-8×od180。 (3)3 结束语本研究将虚拟仪器技术的思想和设计方法应用于SVC控制器的开发中，在相对简单和通用化的硬件配置下，主要由软件完成控制器的各种功能。该控制器开发周期短、测量精度高、可靠性高，并且可以方便地增 、减控制系统的功能和规模 ，灵活性强∝制器现已应用于90 kvad380 V的TCR装置中，实际使用效果表明，其能够实时检测电网信号 ，并准确补偿电网所需无功。

由于虚拟仪器技术的突出优点，其在SVC控制系统和电力系统中将会得到越来越广泛的应用。