集散均衡式高压SVG控制装置及控制方法与流程

本发明涉及一种高压svg控制领域，尤其涉及一种集散均衡式高压svg控制装置及控制方法，广泛应用于各类电力系统。

背景技术：

级联型svg装置是基于h桥大功率逆变器串联的动态无功补偿装置，它的每一相都是由结构相同的h桥功率单元串连而成，三相链接采用星形连接，再经连接电抗器与电网相连。其具有如下优点：所需功率器件数量少，无须额外的钳位二极管或平衡电容；容易实现模块化，易于扩展，适用不同的电压等级。链式svg可对中高压配电网中的非线性负载进行动态无功补偿和谐波治理，改善配电网电能质量。

在级联型svg中，功率单元彼此独立，而每个功率单元的驱动脉冲各不相同，以往上层主控系统既要处理电网电流、电压、冷却系统等信号，又要根据每个功率单元的工作状态、直流电压、温度等反馈信号不同输出igbt驱动信号，每个功率单元被动执行主控制系统信号，造成高压svg各个系统任务分配不均，资源浪费；主控制系统完成了几乎全部工作，降低了系统性能，增加了系统复杂性，降低了系统的可靠性。

技术实现要素：

本发明是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种集散均衡式高压svg控制装置及控制方法。

本发明涉及的集散均衡式高压svg控制装置由显示系统、主控制系统、功率单元子系统三部分组成；

所述显示系统显示主控制系统数据，完成人机信息交换；

所述主控制系统实现高压svg的集中控制，既与显示系统实现数据交换，又与功率单元子系统实现数据交换；实现集中管理、集中控制与监视。

本发明涉及的集散均衡式高压svg控制方法，其步骤如下：

1、分相直流电压指令值udc-ref与该相各功率单元直流电压累加值即直流反馈电压udc经pi调节器后生成目标有功；利用所述主控制系统检测电网电压(ua、ub、uc)、电流(ias、ibs、ics)信号并进行abc/pq变换后,得到目标无功；

2、通过pq/abc反变换成电网三相目标电流ia-n、ib-n、ic-n；电网三相目标电流ia-n、ib-n、ic-n与svg装置的三相换流链输出电流iaf、ibf、icf经加法运算后,得到svg装置的三相指令电流ia-ref、ib-ref、ic-ref；乘上连接电抗器电感量l，除以控制周期t,算出电抗器两端压降(ua1、ub1、uc1),加上电网电压(ua、ub、uc)计算出svg装置的三相换流链输出电压(ua2、ub2、uc2)；将三相换流链输出电压ua2、ub2、uc2进行abc/dq变换计算出有功电压分量ud、无功电压分量uq；根据ud、uq计算出调制比m、控制角δ，其中δ(δ＝tan^-1(uq/ud))；

3、主控制系统将调制比m、控制角δ、电网电压角度θ三个控制量发送给功率单元子系统；

4、各功率单元子系统接收到主控制系统发送的调制比m、控制角δ、电网电压角度θ这三个控制量后，由功率单元子系统中dsp首先计算正弦调制信号相位α，其中α＝θ-δ；再计算三相调制波usa、usb、usc，其中usa＝m*sin(ωs*t+α),式中调制波频率为ωs，t为控制周期；

5、功率单元子系统中dsp把epwm模块产生的三角载波与计算出的调制波进行spwm调制后，dsp输出驱动igbt的pwm脉冲信号，该pwm脉冲信号为两个互斥电平信号，来控制同一桥臂的功率器件的通断，同一时刻每一桥臂只有一个功率器件导通；功率单元子系统输出直流侧电容电压信号；功率单元子系统同时将单个功率单元的直流电压、温度数据上传给主控制系统。

本发明的有益效果是：

1、高压svg控制装置由显示系统、主控制系统、功率单元子系统三部分组成；高压svg各个任务在三个系统之间进行合理分配，充分发挥各自的优势，使各自资源充分利用，主控制系统采集电网电压、电流信号，依据p/q瞬时无功功率理论计算出瞬时指令电流，并根据指令电流、连接电抗器电感量、控制周期算出电抗器两端压降,加上电网电压，算出svg装置的三相换流链输出电压；将输出电压进行d/q变换，算出调制比、控制角；主控制系统将调制比、控制角作为控制信号发送给功率单元子系统，不再承担pwm脉冲计算和生成，这种集散均衡式控制方法极大提高了高压svg控制装置性能。

2、每个功率单元都是独立子系统，接收主控制系统相同的控制信号，功率单元子系统根据接收控制数据计算调制波，再与三角载波进行spwm调制，输出驱动igbt的pwm脉冲信号，每个功率单元子系统将直流电压、温度数据上传给主控制系统，再结合每个功率单元在换流链中三角载波相位不同输出不同的igbt驱动脉冲。由于每个功率单元子系统接收主控制系统相同的控制信号，产品在不同电压等级下扩展简单方便，适应性及性能更强。

附图说明

图1是级联型svg主电路拓扑结构图；

图2是级联型svg系统结构组成总图；

图3是功率单元子系统控制框图；

图4是主控制系统控制框图；

图5是spwm调制原理图；

具体实施方式

如图1所示，该级联型svg中每一相是由多个链节串联而成的换流链，本实施例以两个链节为例，三相换流链连接采用星形连接，再经电抗器与电网相连。每个链节是结构相同的h桥功率单元，它是一个单相全桥逆变电路，包括左右两个桥臂和与之并联的一个直流侧电容支路，每个桥臂由两个功率器件串联组成，每个桥臂的串联功率器件之间的结点做为外电路的连接点。

如图2所示，该集散均衡式高压svg控制装置由显示系统、主控制系统、多个功率单元子系统组成。所述显示系统显示主控制系统数据，完成人机信息交换；所述主控制系统实现高压svg的集中控制，既与显示系统实现数据交换，又与功率单元子系统实现数据交换；实现集中管理、集中控制与监视。

如图3所示，所述功率单元子系统是由用来接收主控制系统发出的控制量的接收电路、用来输入单个功率单元直流电压和温度信号的a/d采样电路、用来进行数据运算的dsp组成，其中dsp内设epwm模块。

如图4所示，该集散均衡式高压svg控制方法，利用高压svg控制装置完成两个功能,一是直流侧的电压恒定控制；二是无功电流的实时跟随，具体步骤如下：

1、分相直流电压指令值udc-ref与该相各功率单元直流电压累加值即直流反馈电压udc经pi调节器后生成目标有功；利用所述主控制系统检测电网电压(ua、ub、uc)、电流(ias、ibs、ics)信号并进行abc/pq变换后,得到目标无功；

2、通过pq/abc反变换成电网三相目标电流ia-n、ib-n、ic-n；电网三相目标电流ia-n、ib-n、ic-n与svg装置的三相换流链输出电流iaf、ibf、icf经加法运算后,得到svg装置的三相指令电流ia-ref、ib-ref、ic-ref；乘上连接电抗器电感量l，除以控制周期t,算出电抗器两端压降(ua1、ub1、uc1),加上电网电压(ua、ub、uc)计算出svg装置的三相换流链输出电压(ua2、ub2、uc2)；将三相换流链输出电压ua2、ub2、uc2进行abc/dq变换计算出有功电压分量ud、无功电压分量uq；根据ud、uq计算出调制比m、控制角δ，其中δ(δ＝tan^-1(uq/ud))；

3、主控制系统将调制比m、控制角δ、电网电压角度θ三个控制量发送给功率单元子系统；

4、各功率单元子系统接收到主控制系统发送的调制比m、控制角δ、电网电压角度θ这三个控制量后，由功率单元子系统中dsp首先计算正弦调制信号相位α，其中α＝θ-δ；再计算三相调制波usa、usb、usc，其中usa＝m*sin(ωs*t+α),式中调制波频率为ωs，t为控制周期；

5、功率单元子系统中dsp把epwm模块产生的三角载波与计算出的调制波进行spwm调制后，dsp输出驱动igbt的pwm脉冲信号，该pwm脉冲信号为两个互斥电平信号，来控制同一桥臂的功率器件的通断，同一时刻每一桥臂只有一个功率器件导通；功率单元子系统输出直流侧电容电压信号；功率单元子系统同时将单个功率单元的直流电压、温度数据上传给主控制系统。

如图5所示，以高压svg三相换流链的一相为例，spwm转化的基本思想是：在功率单元子系统为n的换流链中，各功率单元子系统采用共同的调制波信号us(ωst)，其频率为ωs，各功率单元子系统的三角载波频率为kcωs，kc取值为1－22，将各三角载波的相位互相错开三角载波周期一半的1/n，则第l个功率单元子系统三角载波的相角将各功率单元子系统输出叠加，就能得到电平数为(2n+1)的级联svg总的输出电压。参数为n＝5，kc＝4，m＝0.8。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。