本发明专利技术公开了一种基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，包括三角载波信号产生模块、正弦调制波信号产生模块和PWM信号产生模块，所述三角载波信号产生模块由同步模块、频率控制模块、初始值计算模块和载波信号计数模块组成，正弦调制波信号产生模块由基准调制波信号模块、相间电压平衡计算模块和模块间电压平衡计算模块组成，PWM信号产生模块由数字比较模块和PWM信号消抖滤波模块组成。该方法产生了各单元模块工作所需的PWM信号，实现了SVG装置的分层控制功能，在总体控制的基础上增加相间平衡控制和模块间电压平衡控制，实现所有模块电压之间的均衡控制；整个控制实现方法逻辑清晰明了，控制简单、灵活，容易实现。现。现。
【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法
[0001]本专利技术涉及FPGA相关
，具体为一种基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法。
技术介绍
[0002]随着经济的飞速发展，现代电力系统的规模不断扩大，电力系统的安全、稳定和经济运行问题日益突出，在新能源应用场合，如风电场接入电网时，为确保风电场的低电压穿越能力，需要在因故障或者改变运行方式等造成接入点电压短时跌落时，风电接入点需要快速注入无功功率，维持接入点电压的稳定，保证风电场不脱网运行，因此，对电力系统进行无功补偿，不仅可以稳定电网电压，提高系统输电能力，降低系统功率损耗，也可以提高功率因数，平衡三相功率，增强系统运行的稳定性，从而提高供电可靠性和改善电能质量。
[0003]随着大功率全控型电力电子器件GTO，IGBT及IGCT的出现，特别是相控技术、脉宽调制技术(PWM)、四象限变流技术的提出使得电力电子逆变技术得到快速发展，以此为基础的无功补偿技术也得以迅速发展，20世纪80年代出现了新一代的静止无功发生器SVG，它是基于电压源逆变器，通过控制并联接入系统的电压，从而灵活改变补偿给系统的无功，与传统的无功补偿装置相比，SVG具有比较明显的技术优势：动态响应速度更快，并输出电流谐波含量更低，不存在系统谐振问题，无功补偿能力更强，占地面积小。
[0004]根据当前新能源电站的应用，SVG装置根据无功补偿容量大小、并网点电压等级分为10kV系统和35kV系统，10kV等级系统每相一般采用9～12级模块级联构成，35kV等级系统每相采用39～42级模块级联构成。
[0005]整个控制系统作为SVG装置工作运行的核心，其任务之一就是产生所有单元模块内开关器件的PWM控制信号，在保证各单元模块电压均衡稳定的前提下，装置能够输出要求的容性或感性无功电流，常规的控制系统采用DSP 控制器件来独立实现系统控制，产生所有单元模块的PWM控制信号，但因级联模块单元数量越来越多，仅由DSP控制器件来实现会出现程序工作量增加，程序执行时间变长，系统工作频率降低，控制精度变低等问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，利用FPGA并行工作特点和模块化设计思路，由FPGA来控制产生静止无功补偿装置各开关器件的控制信号，整个实现方法的设计思路清晰，控制实现灵活，采用分层控制策略得到正弦调制波信号实现了所有单元模块直流电压的均衡，利用数字比较代替模拟信号比较直接产生PWM信号，降低了控制系统复杂性，减少程序工作量，系统工作频率更高，控制精度更加准确。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，包括三角载波信号产生模块、正弦调制波信号产生模块、脉冲控制信号产生模块，所述三角载波信号产生模块由同步模块、频率控制模块、初始值计算模块和载波信号计数模块组成，正弦调制波信号产生模块由基准调制波信号模块、相间电压平衡计算模块和
模块间电压平衡计算模块组成，脉冲控制信号产生模块由数字比较模块和PWM信号消抖滤波模块组成。
[0008]作为本专利技术的优选技术方案，所述同步模块用于接收控制系统的指令，在检测到指令信号状态翻转时产生一个宽度固定的高电平脉冲信号给三角载波计数模块，整个同步信号的频率由控制系统确定。
[0009]采用上述技术方案，该模块设计的目的在于保证不同控制芯片之间的同步性，减少随着时间累积系统不一致性导致的并网电压、电流谐波含量高的问题。
[0010]作为本专利技术的优选技术方案，所述频率控制模块用于接收控制系统的频率指令，并根据要求的频率换算数字三角载波信号的计数峰值F
max
，并作为初始值计算模块的输入量用于计算各级单元模块三角载波信号的初始值，不同相的相同级单元模块三角载波信号相同。
[0011]采用上述技术方案，从而能够通过频率控制模块来接收指令，并且能够换算得到计数峰值，控制灵活。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案，所述初始值计算模块根据级联单元数量N以及数字三角载波信号的计数峰值F
max
，计算后的各级模块单元对应的三角载波信号初始值分别为：
[0013]当1≤i≤N/2+1时，初始值为
[0014]当N/2+1<i≤N时，初始值为
[0015]其中，i＝1，2，3，......N。
[0016]作为本专利技术的优选技术方案，所述三角载波技术模块如果检测到同步信号的上升沿则重新加载各三角载波信号的初始计数值，数据加载完成后N 个计数器从当前计数值开始同时启动加减计数工作，判断各初始值的状态标志位，若标志位为1，则进行加计数，若标志位0，则进行减计数，计数器计数到最大值进行减计数，减计数计数到0后则进行加计数。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案，所述基准调制波信号模块用于接收 DSP控制系统的信号指令，得到每个模块的基准调制波信号量m
a
m
b
m
c
。
[0018]采用上述技术方案，可通过基准调制波信号模块接收到各个单元模块的信号指令，得到基准调制波信号量。
[0019]作为本专利技术的优选技术方案，所述相间电压平衡计算模块用于调节相与相之间的模块电压平衡，通过比较计算各相模块电压的平均值与所有模块电压平均值的差值，经比例积分控制器、正弦信号量处理以及并网电流方向判断综合计算得到各相相电压平衡需叠加的调制波信号增量。
[0020]采用上述技术方案，Udc_Avg是所有模块直流电压的平均值，Udc_A是 A相模块直流电压的平均值，Udc_B是B相模块直流电压的平均值，Udc_C 是C相模块直流电压的平均值，Δm
a
Δm
b
Δm
c
分别为ABC三相相电压平衡的调制波增量。
[0021]作为本专利技术的优选技术方案，所述模块间电压平衡计算模块用于相内各模块电压之间的平衡，通过比较该相电压平衡值与相内每个模块电压值的差值，经比例控制器调节输出，若该相电流瞬时值大于等于0，则输出量保持不变，否则输出量取反，最终得到各个模块间电压平衡需叠加的调制波信号微调量。
[0022]采用上述技术方案，Udc_A_i、Udc_B_i、Udc_C_i分别为ABC三相的第 i级模块电压值，Δm
a_i
Δm
b_i
Δm
c_i
分别为三相相内模块间电压平衡第i级模块的微调量信号。
[0023]作为本专利技术的优选技术方案，所述每个单元模块总的正弦调制波信号，由基准调制波信号、相电压平衡的调制波信号增量以及模块间电压平衡的调制波信号微调量相加得到，最终：
[0024]A相第i级模块的正弦调制波信号＝m
a
+Δm
a
+Δm
aa
；
[0025]B相第i级模块的正弦调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，包括三角载波信号产生模块、正弦调制波信号产生模块和PWM信号产生模块，其特征在于：所述三角载波信号产生模块由同步模块、频率控制模块、初始值计算模块和载波信号计数模块组成，正弦调制波信号产生模块由基准调制波信号模块、相间电压平衡计算模块和模块间电压平衡计算模块组成，PWM信号产生模块由数字比较模块和PWM信号消抖滤波模块组成。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，其特征在于：所述同步模块用于接收控制系统的指令，在检测到指令信号状态翻转时产生一个宽度固定的高电平脉冲信号给三角载波计数模块，整个同步信号的频率由控制系统确定。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，其特征在于：所述频率控制模块用于接收DSP控制系统的频率指令，并根据要求的频率换算数字三角载波信号的计数峰值F
max
，并作为初始值计算模块的输入量用于计算各级单元模块三角载波信号的初始值，不同相的相同级单元模块三角载波信号相同。4.根据权利要求1所述的基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，其特征在于：所述初始值计算模块根据级联单元数量N以及数字三角载波信号的计数峰值F
max
，计算后的各级模块单元对应的三角载波信号初始值分别为：当1≤i≤N/2+1时，初始值为当N/2+1<i≤N时，初始值为其中，i＝1，2，3，......N。5.根据权利要求1所述的基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，其特征在于：所述的三角载波技术模块如果检测到同步信号的上升沿则重新加载各三角载波信号的初始计数值，数据加载完成后N个计数器从当前计数值开始同时启动加减计数工作，判断各初始值的状态标志位，若标志位为1，则进行加计数，若标志位0，则进行减计数，计数器计数到最大值进行减计数，减计数计数到0后则进行加计数。6.根据权利要求1所述的基于FPGA的静止无功补偿装置PWM信号实现方法，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙婷，许滢，王鹏，周晴，
申请(专利权)人：南京国电南自新能源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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