[发明专利]一种链式无功补偿装置的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种链式无功补偿装置的控制系统，属于电能控制技术领域。 

背景技术

随着工业技术的发展，大量新型负荷如工业电弧炉、电力机车、轧钢机、整流桥等被大量采用，严重恶化了电能质量，再加上各种自动化、智能化的复杂精密的设备使用对电能质量提出了更高的要求，改善电能质量日益成为研究的热点。链式无功补偿装置时一种应用形式相对简单的典型节能装置，具有体积小、调节速度更快（<10ms）、在电网电压较低时输出电流不受电压影响，较好的低压无功功率特性等优点，受到广泛的重视。形成了从几个kVar到上百Mvar级的链式无功补偿装置系列。然而，由于链式无功补偿装置，是将不同的功率模块（又被称为链节）通过级联方式进行扩展，其计算规模与模块数量紧密相关。从低容量扩展到高容量的装置往往需要对脉冲生成架构进行大量改动，而硬件的改动伴随着可靠性、标准化、可维护性等诸多负面影响。 

目前的脉冲生成方案，存在集中在主控制计算系统生成方案，简称集中式方案，以及分散到功率模块控制系统生成方案两种模式，简称分散式方案。集中式方案的优点是减少了同步信号的下发，减少了功率模块与控制系统之间的光纤数量，缺点是对主计算系统的硬件要求较高，在模块数较多的情况下，需要极大的增加硬件开销，难于进行扩展。分散式方案的优点是容易进行扩展，缺点是需要同步信号来保证子模块的时序一致，同步信号容易受到干扰，造成控制失败。 

发明内容

本发明的目的是提供一种链式无功补偿装置的控制系统，以解决现有链式无功补偿装置的控制系统只能采用单一控制方式的问题。 

本发明为解决上述技术问题而提供一种链式无功补偿装置的控制系统，该控制系统包括主控制器、同步单元、光纤收发单元和N个子功率模块控制器，N表示每相功率模块个数，主控制器通过同步单元和光纤收发单元分别与各个子功率模块控制器相连，所述的主控制器包括算法单元和逻辑单元，算法单元与逻辑单元并行连接，该控制系统可以采用集中式和分散式控制方案， 

当该控制系统采用集中式控制方案时，算法单元根据均压算法生成3N路调制波信号并将其传送给逻辑单元，逻辑单元根据接收到的3N路调制波生成3N路PWM脉冲信号，然后将生成的3N路PWM脉冲信号通过光纤收发单元分别传送给相应的N个子功率模块控制器，每个子功率模块控制器接收到3路每相各1路的PWM脉冲信号，每个子功率模块控制器根据接收到PWM脉冲信号驱动相应的功率模块开通关断； 

当该控制系统采用分散式控制方案时，算法单元生成3路调制波信号并将其传送给逻辑单元，逻辑单元将接收到的3路调制波信号通过光纤收发单元分别传送给相应的N个子功率模块控制器，每个子功率模块控制器接收到3路每相各1路的调制波信号，同时逻辑单元生成3相同步信号并通过同步单元传送给每个子功率模块控制器，每个子功率模块控制器根据接收到3路每相各1路的调制波信号和3相同步信号生成各自的PWM脉冲信号，每个子功率模块控制器根据自身生成的PWM脉冲信号驱动相应的功率模块开通关断。 

所述的算法单元采用DSP芯片作为硬件支持，该算法单元通过其并行接口与主控制系统中的逻辑单元相连。 

所述的逻辑单元采用FPGA芯片作为硬件支持，用于采集外部模拟量和开入开出量并将其上传至算法单元。 

所述的控制系统在采用集中式控制方案时，该控制系统中的同步单元被屏蔽。 

所述的每个子功率模块控制器上都连接有直流母线电压采集模块和过温状态采集模块。 

所述的载波移相角度的计算公式为：

其中N为每相的功率子模块数量，i为子功率模块编号，范围从1到N。 

本发明的有益效果是:本发明的链式无功补偿装置的控制系统包括主控制器、同步单元、光纤收发单元和子功率模块控制器，主控制器中设置有能够生成调制波和脉冲信号的算法单元和逻辑单元，以驱动功率模块开通关断，从而实现整个链式无功补偿装置的控制，本发明兼容了集中式方案和分散式方案两种方案。在模块数较少的情况下，采用集中式方案，减少光纤数量，从而降低成本，而在模块数较多的情况下，采用分散式方案，提高同步质量，具有较强的灵活性和高扩展性。同时能够从单模块控制系统扩展到多模块，而无需改动整体框架。 

附图说明

图1是本发明的链式无功补偿装置的控制系统部分控制硬件功能框图； 

图2是本发明实施例中集中式方案下主控制器中DSP与FPGA的运行逻辑示意图； 

图3是本发明实施例中分散式方案下主控制器中DSP与FPGA的运行逻辑示意图。 

具体实施方式