基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器的制作方法

本实用新型涉及一种无功功率补偿装置，尤其涉及一种基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器。

背景技术：
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随着现代智能电网的飞速发展，静止无功发生器（Static Var Generator）作为智能电网的重要组成部分而受到广泛的关注。无功功率对整个电力系统的影响引起了人们越来越多的关注，在电能的转换和传输过程中，必须对系统中的无功和谐波进行实时有效的补偿以便提高电能传输效率和电能质量。静止无功发生器（Static Var Generator, SVG）因为补偿原理与之前的无功补偿装置不同而具有响应速度快、滤波性能好、控制精度高、有效抑制电压波动等优点，并且能对感性和容性无功共同补偿而成为一种新一代的动态无功补偿装置，广泛地应用到电力系统中。

但是，现有的SVG仍然存在一些问题，传统逆变主电路输出交流侧电压只能低于直流侧电压而响静止无功发生器输出无功功率的范围，进而影响装置的无功补偿特性。直流侧电压必须足够高才能得到好的补偿效果，但是电压越高对器件的耐压要求就越高，增加了SVG的成本。同时开关管的瞬时直通会使逆变器出现短路故障，烧坏开关器件，所以必须给同一桥臂开关管的换流设置死区时间，这样又会畸变交流侧电压波形。一旦系统的单相运行或是三相不平衡就会引起零序电流的存在，它对电网和三相四线制系统的电气设备都会产生较大危害例如中性线过载或者中性点偏移等问题。

技术实现要素：
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为了解决上述现有的技术问题，本实用新型的目的是提供一种成本低、补偿效果完整、补偿范围广泛、工作可靠性高且无死区效应的静止无功发生器。

为实现上述的目的，本实用新型通过以下的技术方案实现：

一种基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器，包括Z源网络，三相四桥臂逆变主电路，滤波电路，检测和控制模块，其中，所述的检测模块包括电网电流检测调理模块，补偿电流检测调理模块和电压检测调理模块，所述Z源网络连接直流分压电容C₁和三相四桥臂逆变主电路，所述的三相四桥臂逆变主电路连接Z源网络，滤波电路和控制模块，所述的滤波电路连接所需补偿的三相电网和补偿电流检测调理模块，所述的三相电网连接电网电流检测调理模块，所述的直流分压电容C₁连接Z源网络和电压调理模块，所述直流分压电容C₁连接Z源网络和电压检测调理模块，所述的电网电流检测调理模块，补偿电流检测调理模块，电压检测调理模块输出端连接到控制模块的输入端，所述控制模块的输出端连接到三相四桥臂逆变主电路的开关器件，其中电网中线直接与三相四桥臂的V₇，V₈桥臂连接，构成中线电流单独补偿通道。

作为优选，所述的Z源网络由电感电容呈X型连接组成。

作为优选，所述的三相四桥臂逆变主电路每一相由2个IGBT连接组成，V₁的发射极与V₂的集电极相连接，V₁的集电极与Z源网络的L₁和C₃的连接点相连，V₂的发射极与Z源网络的L₂和C₂的连接点相连，分压电容C₁分别与Z源网络的C₂与C₃相连，V₁，V₂，V₃，V₄，V₅，V₆，V₇，V₈，构成三相四桥臂逆变主电路的A，B，C，N相，V₃，V₄，V₅，V₆，V₇，V₈，的连接方式与V₁，V₂，相同，整个三相四桥臂逆变主电路共由8个IGBT连接构成。

作为优选，所述的逆变主电路的开关器件选用型号为CM200DY-34A的IGBT。

作为优选，所述的检测控制模块包括电压电流检测模块、DSP控制器和驱动电路，其中，所述电压电流检测模块均采用宇波模块CHV-25P霍尔电压传感器和CHB-25NP霍尔电流传感器；所述DSP控制器采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片；所述驱动电路采用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

利用Z源网络独特的X型结构，使之巧妙的与创新的三相四桥臂逆变主电路相结合，以小电感电容组合取代SVG直流侧较大的单电源或单电容的拓扑结构，不仅克服了SVG装置易受直流侧电压不足的影响，使主电路适应能力更强，而且还有效的去除了死区电路，使上下桥臂开关管的直通成常态，能够消除死区时间带来的输出噪声与波形畸变。基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器成本更低，无功功率补偿范围更宽、补偿效果更好，电网中线电流补偿效果最优，大大提高了SVG装置的工作可靠性与实用性。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型的系统控制电路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的保护范围不限于以下所述。

本实用新型的基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器，包括Z源网络三相四桥臂逆变主电路，滤波电路，检测和控制模块，它与三相电网并联连接。其中所述Z源网络输入端与直流分压电容相连接，所述Z源网络输出端与与三相四桥臂逆变主电路相连接，所述三线四桥臂逆变主电路与滤波电路相连接，所述滤波电路接到三相电网中，所述检测模块分别检测三相电网电流，三相四桥臂逆变主电路输出端电流和直流分压电容端电压，电网中性线与逆变主电路其中一对桥臂中点相连接，所述控制模块将检测到的信号转换成PWM脉冲，通过驱动电路控制三相四桥臂逆变主电路开关器件的通断，实现对三相电网的动态无功补偿。

遵从本实用新型的方案，本实施例的基于Z源网络的三相四桥臂静止无功发生器具体包括：三相电网（1）、电网电流检测调理模块（2）、直流侧电容电压检测调理模块（4）、直流分压电容（7）、Z源网络（8）、三相四桥臂逆变主电路（5）、滤波电路（6）、补偿电流检测调理模块（3）、IR2110驱动电路（9）和DSP控制器（10）。其中：

所述Z源网络（8）输入端与直流分压电容C₁（7）相连接，Z源网络（8）输出端与三相四桥臂逆变主电路（5）相连，三相四桥臂逆变主电路（5）通过滤波电路（6）并联连接到三相电网（1）中，为其补偿无功电流；利用电网电流检测调理模块（2）和补偿电流检测调理模块（3）检测调理三相电网（1）和三相四桥臂逆变主电路（5）处的电流信号，将检测调理后的电流信号送给DSP控制器（10）；利用电压检测调理模块（4）检测调理直流分压电容C₁（7）的电压，再将检测调理后的电压信号送给DSP控制器（10）；送入DSP控制器（10）的信号在DSP内部进行处理，输出需要补偿的指令信号，再接到IR2210驱动电路（9），转换成三相四桥臂型逆变主电路（5）开关器件的驱动信号控制其通断，实现本实用新型基于Z源网络（8）的三相四桥臂静止无功发生器的电流电压双闭环反馈控制。

本实施例中各部件选择如下：

所述电网电流检测调理模块（2）和补偿电流检测调理模块（3）均采用宇波模块CHB-25NP型号的霍尔电流传感器。所述电压检测调理模块（4）采用宇波模块CHV-25P型号的霍尔电压传感器。所述Z源网络（8）由参数相同的电感L1、电感L2和参数相同的电容C₂、C₃组成。所述逆变主电路（5）的开关器件选用型号为CM200DY-34A的IGBT。所述滤波电路（6）由参数相同的电感L₁₁,L₁₂,L₁₃,参数相同的L₂₁,L₂₂,L₂₃,和参数相同的C₁₁,C₁₂,C₁₃组成。所述IR2110驱动电路（9）采用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片。所述DSP控制器（10）采用TI公司生产的TMS320F28335作为主控芯片。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。