“我們在NI CompactRIO平台上開發的SVC全數字控製係統，大大縮短了產品上市的時間又保證了係統的穩定性。”

 

 

    電弧爐、軋(zha)鋼(gang)機(ji)等(deng)大(da)型(xing)工(gong)業(ye)設(she)備(bei)在(zai)為(wei)企(qi)業(ye)創(chuang)造(zao)產(chan)值(zhi)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)無(wu)功(gong)分(fen)量(liang)和(he)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)等(deng)危(wei)害(hai)，他(ta)們(men)直(zhi)接(jie)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)的(de)波(bo)動(dong)和(he)閃(shan)變(bian)，給(gei)電(dian)網(wang)造(zao)成(cheng)了(le)嚴(yan)重(zhong)的(de)“汙染”。

 

 

    迄今為止，安裝靜態無功補償裝置（Static VAR Compensator，簡稱SVC）是解決上述問題最有效的方法。客戶采用cRIO-9114機箱配合cRIO-9012控製器輕鬆實現了對TCR+TSC型SVC高達μS級的控製。高可靠的FPGA技術和簡單易用的labVIEW軟件平台為客戶節省了大量開發時間，模擬輸入模塊NI9205、NI9215和5V/TTL高速雙向數字I/O模塊NI9401、NI9403出色地完成了從數據采集到脈衝控製的全過程，使這套基於FPGA的SVC迅速有效地完成了對輸電網的優化。

 

作者：陳彥豐 - 上海聚星儀器有限公司

 

    從cong發fa電dian廠chang輸shu出chu的de電dian能neng都dou是shi以yi交jiao流liu電dian的de形xing式shi進jin行xing配pei送song的de，當dang交jiao流liu電dian在zai通tong過guo純chun電dian阻zu的de時shi候hou
，電dian能neng都dou轉zhuan成cheng了le熱re能neng，而er在zai通tong過guo純chun容rong性xing或huo者zhe純chun感gan性xing負fu載zai的de時shi候hou
，並bing不bu做zuo功gong。也ye就jiu是shi說shuo沒mei有you消xiao耗hao電dian能neng，即ji為wei無wu功gong功gong率lv。當dang然ran實shi際ji負fu載zai，不bu可ke能neng為wei純chun容rong性xing負fu載zai或huo者zhe純chun感gan性xing負fu載zai
，一yi般ban都dou是shi混hun合he性xing負fu載zai，這zhe樣yang電dian流liu在zai通tong過guo它ta們men的de時shi候hou
，就jiu有you部bu分fen電dian能neng不bu做zuo功gong，就jiu是shi無wu功gong功gong率lv，此ci時shi的de功gong率lv因yin數shu小xiao於yu1，為了提高電能的利用率，就要進行無功補償。

 

    傳統的無功功率動態補償裝置是同步調相機(SynchronousCondenser-SC)，tashizhuanmenyonglaichanshengwugonggonglvdetongbudianji。youyutashixuanzhuandianji，yincisunhaohezaoshengdoujiaoda
，yunxingweihufuza，yingxiangsuduman
，yiwufashiyingwugonggonglvkongzhideyaoqiu。suoyi20世紀70年代以來，同步調相機開始逐漸被靜止無功補償裝置(SVC)所代替，這種電子裝置能夠提供為高壓電網提供迅速變化的有功功率。

 

 

    我國研究和應用SVC已有20多年曆史

，研製出不少產品，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，我國輸電係統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，國內第一套應用於輸電網的SVC於2004年9月投運，為電力係統中SVC的國產化和產業化打下了基礎。

 

    輸電係統的SVC對可靠性要求極高


，需要采用全數字控製
，此係統要求逐點計算，以一個工頻周期采樣100個點來算，逐點控製循環的速率也在200μs，如果要計算高階諧波
，控製循環速率會更高，屬於μs級的閉環控製，因此隻有硬件級控製的方法才能滿足要求，NI CompactRIO不僅集成了FPGA硬件而且特別適合工業現場控製

，十分符合全數字控製係統的要求。

 

 

    SVC有三種基本配置：1. 固定電容器+晶閘管控製的電抗器(FC+CR)。2. 晶閘管切換的電容器(TSC)。3. 晶閘管切換的電容器+晶閘管控製電抗器(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並做到對補償器的電感和電容部分的完全控製。

 

 

    TSC+TCR型SVC主要由全數字控製係統和TCR、TSC閥組構成，全數字控製係統的控製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。

 

    傳統的控製算法是基於DSP實現的，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平台，在一個月內完成了全數字控製係統的發布。

 

    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並聯電納值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(晶閘管控製的電感器)需要並入的“點火角”α，最後由同步單元利用鎖相環（PLL）跟蹤次級電壓，嚴格與工頻同步並根據“點火角”在不同的相位給晶閘管發出控製脈衝。

 

    整個過程都在CompactRIO上完成，客戶采用cRIO-9114機箱配合cRIO-9012控製器輕鬆實現了對TCR+TSC型SVC高達μS級的控製。高可靠的FPGA技術和簡單易用的labVIEW軟件平台為客戶節省了大量開發時間

，模擬輸入模塊NI9205、NI9215和5V/TTL高速雙向數字I/O模塊NI9401
、NI9403出色地完成了從數據采集到脈衝控製的全過程，使這套基於FPGA的SVC迅速有效地完成了對輸電網的優化。

 

 

    “我們原來使用DSP開kai發fa板ban開kai發fa核he心xin控kong製zhi算suan法fa
，再zai進jin行xing外wai圍wei硬ying件jian電dian路lu及ji外wai殼ke設she計ji和he封feng裝zhuang。現xian場chang運yun行xing的de反fan饋kui是shi穩wen定ding性xing差cha，調tiao試shi排pai錯cuo困kun難nan
，導dao致zhi整zheng個ge控kong製zhi器qi的de上shang市shi時shi間jian延yan長chang。在zai上shang海hai聚ju星xing儀yi器qi的de協xie助zhu下xia我wo們men嚐chang試shi在zaiNI CompactRIOpingtaishangkaifakongzhisuanfa，yingjianjiekouluojisheji，shangxiaweijitongxindenggongneng
，suanfakaifashijiandedaoyouxiaosuoduan，zuizhongkongzhiqifabubinganzhuangdaoxianchanghouxitongwendingxingdadatigao。muqianyixiaoshouleduotaozaiNICompactRIO上實現控製器的靜態無功補償器。”

 

 

硬件：CompactRIO，cRIO 9012，cRIO 9114
，NI 9205，NI 9215
，NI 9401，NI 9403