一種基于ladrc的電壓補(bǔ)償器的制造方法
【專利說明】-種基于LADRC的電壓補(bǔ)償器 (-)技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，設(shè)及一種基于LADR"Linear Active Dis1:u;rbance Rejection Control--線性自抗擾控制）的電壓補(bǔ)償器。 (二)【背景技術(shù)】
[0002] 電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是STATCOM廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。靜止同步補(bǔ)償器 在電力系統(tǒng)中可W實(shí)現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無功功率的目的，它具有起動(dòng)無沖擊、 調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 對于普通STATCOM存在輸出諧波含量大、開關(guān)器件容量及電壓等級受限等問題。作 為改進(jìn)，可W使用級聯(lián)多電平技術(shù)方案，運(yùn)種方案通過多電平方法減少了諧波的輸出，同時(shí) 使用級聯(lián)方式，減小了單個(gè)開關(guān)器件承受的電壓等級及容量要求，另外形成了易于分別控 制的模塊化結(jié)構(gòu)，是比較完美的大容量STATCOM解決方案。
[0004] STATCOM的控制策略直接影響著系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)W及是否能夠快速、連續(xù)的提供 無功功率支撐W穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。目前控制策略多是傳統(tǒng)PID控制，電力系統(tǒng)屬于強(qiáng)非線性對 象，因而其應(yīng)用范圍將受到很大限制。作為PID的發(fā)展和延伸，自抗擾控制器(ADRC)經(jīng)過多 年實(shí)踐證明了其在強(qiáng)非線性和不確定大擾動(dòng)下仍然具有很好的控制精度，但同時(shí)ADRC技術(shù) 也面臨著控制參數(shù)多、調(diào)節(jié)復(fù)雜的問題。為了便于現(xiàn)場技術(shù)人員調(diào)試，從而得到廣泛的推 廣，LADRC應(yīng)運(yùn)而生，其使用線性函數(shù)代替了 ADRC的非線性函數(shù)。在取得同樣的控制效果的 同時(shí)，進(jìn)一步簡化了控制參數(shù)，降低了調(diào)試的復(fù)雜程度。 (H)【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于LADRC的電壓補(bǔ)償器，它采用適用于大容量 STATCOM的級聯(lián)屯電平逆變器為主電路結(jié)構(gòu)，且利用高性能的信號處理器(DSP)和靈活的線 性自抗擾控制技術(shù)W獲得高精度的控制效果，大大提高了系統(tǒng)的快速性和魯棒性，最大程 度上提高了系統(tǒng)的無功補(bǔ)償響應(yīng)速度，保證了電能質(zhì)量。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案:一種基于LADRC的電壓補(bǔ)償器，其特征在于它包括主電路 模塊、DSP控制模塊、檢測模塊、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊;其中所述檢測模塊輸入端通過電流互感器 (CT)與主電路相連，采集立相電壓、電流、相位信號，其輸出端與DSP控制模塊相連;所述DSP 控制模塊輸出端連接IGB巧區(qū)動(dòng)模塊輸入端;所述IGB巧區(qū)動(dòng)模塊輸出端連接主電路模塊。
[0007] 所述主電路模塊每相由=個(gè)H橋單元串聯(lián)而成，所述H橋單元由兩個(gè)橋臂1、11及一 個(gè)直流側(cè)電容C并聯(lián)而成，所述橋臂I由IGBT管Tl、T2與二級管Dl、D2分別反并聯(lián)后串聯(lián)而 成，所述橋臂II由IGBT管T3J4與二級管D3、D4分別反并聯(lián)后串聯(lián)而成。
[000引所述DSP控制模塊由A/D采樣單元、主控制器單元、外部接口單元、外擴(kuò)存儲(chǔ)單元組 成。其中所述A/D采樣單元輸入端與檢測模塊連接，輸出信號與主控制器單元連接;所述主 控制器單元與外部輸出接口單元連接;所述外部輸出接口單元與IGB巧區(qū)動(dòng)模塊相連;且所 述主控制器單元還與外擴(kuò)存儲(chǔ)單元成呈雙向連接。
[0009] 所述由A/D采樣單元采用帶有16位A/D轉(zhuǎn)換器采用X - A A/D技術(shù)的高精度忍片 AD7705。
[0010] 所述主控制器單元采用TI公司生產(chǎn)的32為浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器TMS320C28335。
[0011] 所述外部接口單元采用晶體管輸出光電禪合器TLP512。
[0012] 所述外擴(kuò)存儲(chǔ)單元采用512K，16位的flash存儲(chǔ)忍SST39VF800。
[0013] 所述檢測模塊由=相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元、=相負(fù)載電流檢測單元、直流側(cè)電壓檢 測單元、相位檢測單元組成。所述=相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元輸入端通過CT與主電路模塊相連， 輸出端與DSP控制模塊相連;所述S相負(fù)載電流檢測單元輸入端通過CT與主電路模塊相連， 輸出端與DSP控制模塊相連;所述直流側(cè)電壓檢測單元輸入端與主電路模塊相連，輸出端與 DSP控制模塊相連;所述相位檢測單元通過鎖相環(huán)與主電路模塊相連，輸出端與DSP控制模 塊相連。
[0014] 所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊由S角波發(fā)生單元和比較器單元組成。所述S角波發(fā)生器單元 輸出端連接比較器單元;所述比較器單元輸入端同時(shí)連接DSP控制模塊，輸出端連接主電路 模塊。
[0015] 所述=角波發(fā)生器單元采用高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器忍片MAX038。
[0016] 所述比較器單元采用四路獨(dú)立的電壓比較器忍片LM339。
[0017] 本實(shí)用新型的工作方法：
[001引（1)檢測模塊的S相負(fù)載電流檢測單元輸出的iia，iib，iic進(jìn)入DSP控制模塊的A/D采 樣單元，采樣結(jié)果進(jìn)入DSP控制模塊的主控制器單元，經(jīng)過派克變換產(chǎn)生無功指令電流 Iqref O
[0019] (2)檢測模塊的直流側(cè)電壓檢測單元輸出的各個(gè)H橋單元的直流電壓Udci-UdcS進(jìn)入 DSP控制模塊的A/D采樣單元，采樣結(jié)果進(jìn)入DSP控制模塊的主控制器單元，分別與系統(tǒng)直流 側(cè)電壓設(shè)定值Uref比較形成誤差信號后，經(jīng)過調(diào)節(jié)器產(chǎn)生有功指令電流idref。
[0020] (3)有功指令電流idref與無功指令電流iqref分別經(jīng)過DSP控制模塊的主控制器單元 進(jìn)行LADRC算法處理之后，形成STATCOM有功、無功電壓輸出指令信號Ucd，化q。
[0021] (4)由檢測模塊的相位檢測單元輸出的系統(tǒng)相位角0、直流側(cè)電壓設(shè)定值Uref、有 功、無功指令信號Ucd, Ucq,經(jīng)過DSP控制模塊的主控制器單元數(shù)學(xué)計(jì)算出PWM輸出的調(diào)制比M 與相位角a，存入DSP控制模塊的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)單元，并經(jīng)由DSP控制模塊的外部接口單元輸 出S相PWM調(diào)制信號。
[0022] (5)PWM調(diào)制信號進(jìn)入IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的比較器單元，與IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的S角波發(fā)生 單元比較后，產(chǎn)生主電路IGBT驅(qū)動(dòng)信號，通過調(diào)節(jié)占空比控制STATCOM輸出無功電流的大 小。從而進(jìn)行無功補(bǔ)償控制。
[0023] 本實(shí)用新型的工作原理：
[0024] (1)級聯(lián)7電平靜止同步補(bǔ)償器主電路模塊設(shè)計(jì)，如圖2所示為級聯(lián)7電平靜止同步 補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其每相由=個(gè)H橋單元串聯(lián)而成，所述H橋單元由兩個(gè)橋臂1、11 及一個(gè)直流側(cè)電容C并聯(lián)而成，所述橋臂I由IGBT管T1、T2與二級管D1、D2分別反并聯(lián)后串聯(lián) 而成，所述橋臂II由IGBT管T3、T4與二級管D3、D4分別反并聯(lián)后串聯(lián)而成。如圖3所示為其中 一個(gè)H橋單元的結(jié)構(gòu)圖。同一時(shí)刻同一橋臂的IGBT不能同時(shí)導(dǎo)通，否則直流側(cè)電容將出現(xiàn)短 路的情況?？刂仆粯虮鄣腎GBT的驅(qū)動(dòng)信號中，T1、T2觸發(fā)信號相反，T3、T4觸發(fā)信號相反， 加上二極管的續(xù)流作用，整體功率單元共有=大類8種工作狀態(tài)，=類包括功率輸出、續(xù)流、 無功反饋狀態(tài)。功率輸出即對角的IGBT導(dǎo)通，將能量逆變到交流側(cè);無功反饋是通過對角的 兩個(gè)反并聯(lián)二極管將交流側(cè)的無功能量反饋到直流側(cè);續(xù)流導(dǎo)通的是一個(gè)IGBT和一個(gè)反饋 二極管，此過程沒有能量傳遞。
[0025] (2)DSP控制模塊電路設(shè)計(jì):采用2為浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器TMS320C28335,便于檢測 及負(fù)載控制算法的實(shí)現(xiàn);A/D采樣忍片采用16位A/D轉(zhuǎn)換器采用X - A A/D技術(shù)的高精度忍 片AD7705，可W高速、準(zhǔn)確的采集S相電流、系統(tǒng)相位等信號；外部接口采用光電禪合器 TLP512,在保護(hù)主控電路的基礎(chǔ)上，很好的控制外圍設(shè)備;外擴(kuò)存儲(chǔ)單元采用512K，16位的 flash存儲(chǔ)忍SST39VF800存儲(chǔ)檢測電流、相位信號W及控制算法的關(guān)鍵結(jié)果，W備調(diào)用。
[0026] (3)線性自抗擾控制器設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)控制器要從STATCOM數(shù)學(xué)模型入手。根據(jù)瞬時(shí)功 率理論，STATCOM與電網(wǎng)交換的瞬時(shí)有功與無功功率為：
[0030]由上式可W看出，調(diào)節(jié)iq就可W控制STATCOM發(fā)出或者吸收的無功功率，同理，調(diào) 節(jié)id可W調(diào)節(jié)裝置與系統(tǒng)有功功率交換。
[0031 ]對上式進(jìn)行拉氏變換得到：
[0033] 從上式中可W明顯看出，有功電流id與無功電流iq有著明顯的禪合關(guān)系?？刂朴泄?電流的id變化會(huì)同時(shí)影響iq的變化，反之亦然。
[0034] LADRC中的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器化ES0)對于禪合系統(tǒng)具有很好的作用，可W將禪 合項(xiàng)作為系統(tǒng)的內(nèi)部擾動(dòng)觀測出來，W達(dá)到解禪