一种statcom子模块的全功率测试装置及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电力电子装置的结构及控制方法，具体涉及一种STATCOM子模块 的全功率测试装置及控制方法。
【背景技术】
[0002] 相对于传统的TCR型SVC而言，STATCOM具有更快的调节速度，更好的稳定性，因 此，STATCOM在风电场，太阳能电站以及钢铁厂的应用越来越广泛，正在逐步的取代TCR型 SVC，随着STATCOM市场竞争的加剧和技术的发展，其成本也越来越低，容量也越来越大。在 不久的将来，STATCOM将占据配电网无功补偿的主要角色。
[0003] 传统的STATCOM子模块的测试方法如图1所示，由调压器，升压变压器，二极管整 流电路，被测模块和电抗器构成，这种测试电路的缺点有：1，通过调整被测模块的调制波幅 值来调整流过被测模块的电流大小，因此，在测试过程中，被测模块的输出电压一般不等于 实际运行时输出的电压；2,通过调整调压器的触头来调整被测模块的直流侧电容电压，由 于二极管整流电路在轻载和重载的情况下直流侧输出电压不同，因此，被测模块的直流侧 电压不稳定，且不易控制；3,这种测试电路一次只能测试一个子模块，模块测试需要很长时 间。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种STATCOM子模块的全功率测试装置及控 制方法，其
【发明内容】
包括STATCOM子模块的全功率测试装置的拓扑结构、控制算法和实验 操作步骤。
[0005] 本发明采用以下方法来实现技术方案。
[0006] 1、一种STATCOM子模块的全功率测试装置及控制方法，其特征在于：主回路包括 补能电路，主模块，N个被测模块和电抗器（L2)构成。
[0007] 其中主模块的作用是给STATCOM子模块全功率测试装置补充能量以及控制测试 回路中的电流大小。
[0008] 其中补能电路的直流侧输出接主模块的直流侧。
[0009] 主模块的交流侧、N个被测模块的交流侧以及电抗器（L2)串联连接。
[0010] 主模块的交流侧正负极之间接旁路开关（S2)，充电电路的一端接N个被测子模块 的中点，另一端接主模块的交流输出。
[0011] 补能回路由交流电源、断路器（Bi)、旁路开关（Si)、限流电阻（Ri)、二极管整流电 路和直流滤波电路构成，其中断路器（B0的一端接入交流电源，另一端接旁路开关（S〇，旁 路开关（S〇的另一端接二极管整流电路的交流侧，旁路开关（&)与限流电阻（&)并联连 接，二极管的直流侧接直流滤波电路，其中直流滤波电路由电感（Q)和电容（C)构成，电感 (Ll)与电容（C)串联后接二极管整流电路的正负极两端，电容（C)的两端作为补能电路的 输出，接入主模块的直流侧。
[0012] 充电电路由交流电源、接触器（S3)、限流电阻（R2)、旁路开关（S4)、变压器（T)和隔 离开关构成，其中交流电源、接触器（S3)、限流电阻（R2)和变压器（T)的一次侧串联连接，构 成闭合回路，旁路开关（S4)与限流电阻（R2)并联连接；变压器（T)的二次侧接隔离开关的 一段，隔离开关的另一端作为充电电路的输出。
[0013] 主模块和被测模块由四个带反并联二极管的IGBT(1\，T2,T3,T4)和电容（Csni)构 成，其中和T2的发射极接电容（Csni)的正极，T3和T4的集电极接电容（Csni)的负极，的 集电极与T3的发射极相连，作为STATC0M子模块的正极交流输出，T2的发射极与T4的集电 极相连，作为STATC0M子模块的负极交流输出。
[0014] 所述的一种STATC0M子模块的全功率测试装置及控制方法，其特征在于：参考信 号包括两个，一个是幅值为1，频率为50Hz,相位为0的0度正弦波（sinO);另一个是幅值为 1，频率为50Hz，相位为-90°的90度正弦波（sin90)。
[0015] 每个被测模块的调制波由三部分相加而得：共模调制波（mnl)，差模调制波（mn2)和 稳压调制波（mn3)。
[0016]浓，:诏消w(1) N个被测模块的共模调制波（mnl)满足如下关系。
[0017]
其中mnl为第n个被测模块的共模调制波，每个被测模块的共模调制波的幅值和相位都 相等，其之和为每个被测模块的共模调制波的N倍。
[0018] (3) 第n个被测模块的共模调制波（mnl)的幅值为Magnl，其由Magnl与0度正弦波（sinO)相 乘而得。
[0019] 每个被测模块的差模调制波（mn2)满足如下关系：
其中mn2为第n个被测模块的差模调制波，每个被测模块的差模调制波之和为0 ; .二疼w.乂sinO (5) 第n个被测模块的差模模调制波（mn2)的幅值为Magn2，其由Magn2与0度正弦波（sinO) 相乘而得。
[0020] 每个被测模块的稳压调制波（mn3)的幅值(Magn3)由该被测模块的电容电压反馈控 制后得到，其反馈控制算法为：
其中为被测模块的电容电压参考值，VMP_nf第n个被测模块实时测量电压经过 滤波之后的电容电压值，以上二者之差经过比例积分控制后得到该被测模块的稳压调制 波的幅值(Magn3)，第n个被测模块的稳压调制波（mn3)由该被测模块的稳压调制波的幅值 (Magn3)与90度正弦波（sin90)相乘而得。
[0021] 主模块的调制波（m)由0度正弦波（sinO)和其幅值（Mag)相乘而得； m-Magx5?>?0 (8) 其中主模块调制波的幅值(Mag)、被测模块的共模调制波的幅值(Magnl )、差模调制波 的幅值（Magn2)、被测模块的电容电压参考值（Veap_raf)在STATC0M子模块全功率测试装置运 行过程中可以实时修改。
[0022] 通过调整主模块调制波的幅值（Mag)和被测模块的共模调制波的幅值（Magnl)进 而调整流过被测模块的电流大小；通过调整被测模块的差模调制波的幅值（Magn2)可以调 整被测模块的输出电压，用以模拟STATC0M子模块实际工作时的输出电压，但是改变差模 调制波的幅值(Magn2)的大小，不会对稳态时流过被测模块的电流大小产生影响。
[0023] 主模块和被测模块的调制波与三角波(幅值为1)进行比较后得到主模块和被测模 块中各个IGBT的开关信号，其调制算法为基于载波移相的倍频脉冲宽度调制。
[0024]STATC0M子模块的全功率测试装置及控制方法，其特征在于： STATC0M子模块的全功率测试装置的初始状态为：补能电路中的断路器（BO,旁路开关 (S〇;充电电路中的接触器（S3)，旁路开关（S4)，隔离开关均处于断开状态，主模块交流侧旁 路开关（S2)处于闭合状态；主模块中的电容（Csni)，被测模块中的电容（Csni)以及补能电路中 的滤波电容（C)的电压为0。
[0025]STATC0M子模块的全功率测试装置的操作步骤如下。
[0026]a.闭合补能电路中的断路器（BO,交流电源通过限流电阻（&)，二极管整流电路， 直流滤波电路给主模块中的电容充电，等主模块中的电容电压稳定后，闭合旁路开关（Si)。
[0027]b.闭合充电回路中的隔离开关和接触器（S3)，交流电源通过变压器给被测模块直 流侧电容充电，等到被测模块的电容电压稳定后，闭合旁路开关（S4)，等到被测模块直流电 容电压重新稳定后，断开隔离开关，接触器（S3)和旁路开关（S4)，断开主模块交流侧旁路开 关（S2);此时被测模块的单元控制板带电，并开始工作。
[0028]c.下发主模块的调制波幅值（Mag)，然后解闭锁主模块。
[0029] d.下发被测模块的差模调制波的幅值（Magn2)，共模调制波的幅值（Magnl)以及被 测模块直流电容参考电压（Veap_raf)，然后解闭锁被测模块，此时STATC0M子模块的全功率测 试装置开始运行。
[0030]e.调整主模块的调制波幅值（Mag)，被测模块的差模调制波的幅值（Magn2)，共模 调制波的幅值(Magnl)以及被测模块电容电压参考值aap_raf)，使被测模块运行于额定电流 和额定电压下。
[0031]f.完成规定的测试后，调整调整主模块的调制波的幅值（Mag)，被测模块的差模调 制波的幅值（Magn2)，共模调制波的幅值（Magnl)以及被测模块电容电压参考值（Veapraf)，使 测试回路中的电流降低到最小值，被测模块的输出电压降低到最小值，然后闭锁主模块和 被测模块。
[0032] g.等待主模块和被测模块中的