[发明专利]用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，属于电力电子技术领域。 

背景技术

随着国民经济的发展和现代化技术的进步，电力网负荷急剧增大，对电网感性无功要求也与日俱增，特别是如可逆式大型轧钢机、炼钢电弧炉等冲击负荷、非线性负荷容量的不断增加，加上普遍应用的电力电子技术，使得电力网发生电压波形畸变，电压波动闪变和三相不平衡等，产生电能质量降低，电网功率因数降低，网络损耗增加等不良影响。静止型无功补偿设备（SVC）一般由晶闸管控制电抗器TCR(thyristor control reactor)和滤波电容器FC(filter capacitor)组成，可实现较快、连续的动态无功功率调节，具有反应时间快，运行可靠，能平衡有功，适用范围广和价格便宜等优点。 

锁相环（phase locked loop,PLL）在SVC控制系统中的主要作用是为SVC控制系统提供快速、稳定、高精度的同步信号。锁相环的性能，关系到整个SVC控制系统的同步以及晶闸管器件触发控制的精准度，是控制系统的重要环节。 

在锁相环方式上，传统的锁相方式有依靠硬件的模拟锁相环、以及依靠软件计算的α β坐标开环锁相环、傅里叶分解锁相环，这些锁相方式均存在锁相速度慢或对畸变电压敏感等缺点，在电压不平衡条件下为了抑制负序电压的影响，dq锁相环一般以100Hz分量衰减系数为PI控制器设计指标，因此也存在着响应速度慢的缺点。 

发明内容

针对传统锁相环存在的缺陷，本发明的目标是提供一种用于SVC控制系统 的新型软件锁相环的实现方法，充分利用控制装置资源，在DSP单元编码实现软件锁相模块，在FPGA实现锁相计数器，软件锁相模块配合锁相计数器，实现锁相功能。 

为达到以上目的，本发明技术方案如下： 

用于SVC控制系统的新型软件锁相环的实现方法，包括以下步骤 

1）在DSP单元编码实现软件锁相模块，具体为， 

1-1）DSP将三相系统电压信号进行Clarke变换，由abc坐标系转化到α β坐标系； 

1-2）进行Park变换，转化到dq坐标系，得到dq坐标系中d轴、q轴的正序分量和负序分量

1-3）将q轴的正序分量作为控制量，输入PI控制器，将PI控制器输出值Δf和初始电网频率f_初之和，作为锁相的频率输出； 

1-4）将锁相频率换算为FPGA锁相计数器的计数周期最大值MaxValue，传递给FPGA锁相计数器； 

2）在FPGA实现锁相计数器，具体为以FPGA计数器替代复杂的积分环节，FPGA锁相计数器按照计数周期最大值MaxValue进行循环计数，当达到最大值时，计数器清零，重新开始计数； 

3）软件锁相模块和锁相计数器相配合，采用基于瞬时无功理论的锁相原理，以FPGA计数器替代复杂的积分环节，产生锁相角θ，实现锁相功能，包括 

3-1）软件锁相模块在每个执行周期内读取当前FPGA锁相计数器的计数值，换算为当前锁相角θ，用于锁相调节；同时软件锁相模块将当前FPGA锁相计数器的计数值提供给SVC系统，作为触发控制的时间参考； 

3-2）SVC控制系统根据控制算法计算出晶闸管触发角度，将其转换为触发 时刻计数值K，当FPGA锁相计数器计数值达到触发时刻计数值时，SVC控制系统发触发脉冲，使得对应的晶闸管导通。 

前述步骤1）中进行Park变换前，采用延时相序分解法进行相序分解，滤除负序分量。 

前述软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制。 

采用上述技术手段，本发明的优点是： 

（1）软件锁相模块完成系统同步电压的锁相调节控制，锁相计数器代替复杂的积分环节，产生锁相角θ，该控制方式易于工程实现，在电压不平衡、电压畸变、频率突变等条件下，仍可快速、可靠的实现锁相。 

（2）软件锁相环模块根据系统采样和计算延迟、三相电压不平衡的情况，计算出各相校正角度，SVC控制系统在各相校正角度的基础上进行触发控制，减小晶闸管的触发误差，提高系统的控制精度。 

（3）该新型软件锁相环能够方便地与SVC控制系统中的其他模块进行连接，修改参数简单方便，具有很好的通用性和可扩展性。 

附图说明

图1是本发明SVC控制系统硬件平台结构示意图；