基于CycloneⅢ的STATCOM高性能数字控制的研究

• 作 者: 杨亮
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 静止同步补偿器 现场可编程门阵列 SPWM控制 硬件描述语言 CycloneⅢ芯片 柔性交流输电系统 数字控制

随着工业自动化水平的不断提高,电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感,柔性交流输电技术作为一项有效改善电能质量的新技术,得到了飞速发展。作为柔性交流输电系统中的一项核心技术,静止同步补偿器(STATCOM),由于其无功调节连续、响应快、运行范围宽、体积小、产生谐波少、损耗低,成为了当今电力系统柔性交流输电装置研制的热点。本文采用现场可编程门阵列(FPGA)作为控制核心,由于FPGA具有速度快、效率高等优点,势必使STATCOM的工作效果更为显著。　　
本文首先分析了STATCOT装置的主要电路结构与工作原理。利用输入输出的建模方法和能量方程建立了STATCOM装置的数学模型。介绍了三相瞬时无功功率的基本理论,在该理论基础上阐述了Pq和ipiq两种无功电流检测法,并对此两种检测法的优缺点进行了比较。　　
简单介绍了电流间接控制法的特点,详细阐述了电流直接控制法的原理及控制结构,并建立了直接控制方法的相关仿真模型。本文的重点是采用FPGA的描述语言VerilogHDL设计了一种PWM发生器,与传统的PWM发生器相比较,本文设计的发生器是基于硬件描述语言,因此在该发生器下产生的PWM波形是完全由硬件控制的,所以大大降低了延迟、增强了抗干扰性,这种控制器性价比相对来说是非常高的。　　
由于Altera公司生产的CycloneⅢ芯片不仅可以加快运算的速度,而且可以降低器件的损耗,所以本文采用CycloneⅢ作为核心处理器,设计了信号放大电路、电流调理电路、二阶滤波电路和保护电路等外围电路。　　
介绍了QuartusⅡ软件,并在该软件下设计了相关的软件,重点对SPWM进行了基于VerilogHDL程序的编写,并在Modlesim中进行了其相关的仿真,结果表明基于硬件描述语言生成的PWM响应速度更快。　　
最后,仿真结果表明,使用硬件描述语言产生的SPWM对STATCOM控制系统进行调制具有更快的动态响应,STATCOM能够更快速的对电网的无功功率进行补偿,而且补偿效果优越。