一种基于pam与pwm混合调制的级联svg的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种静止无功发生器SVG，尤其是涉及一种基于PAM与PWM混合调制的 级联SVG。
【背景技术】
[0002] 静止无功发生器（SVG)通过对无功进行补偿，能够提高系统功率因数、减少功率 损耗、提高供电质量。其中，级联SVG因功率容量大、开关频率低、输出谐波小、响应速度快 等优点在高压大容量场合得到越来越广泛的应用。
[0003] 级联SVG在调制方法上分为脉冲幅值调制（PAM)和脉冲宽度调制（PWM)。PAM调 制是通过选取开关角度以减小低次谐波、使总谐波畸变率最小的调制方法，其开关损耗较 小但输出电压谐波含量较大。PWM调制方法通过比较调制波与载波，控制开关器件通断，实 现电压输出，其开关损耗较大而谐波含量较小。由于PAM单元各逆变桥的导通角度差异而 呈现直流侧电压不平衡和输出功率不平衡问题，一般采用脉冲轮换的方式来控制其直流侧 电压平衡，并抑制其波动。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PAM与PWM 混合调制的级联SVG，有效降低了系统开关损耗和输出电压、电流谐波畸变率，同时可抑制 直流侧电压波动。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，包括由至少一个调制子单元级联构成 的PAM单元和由一个调制子单元构成的PWM单元，所述PWM单元与PAM单元串联连接，所述 PAM单元采用基频PAM调制方式，所述PWM单元采用高频PWM调制方式；
[0007] 所述PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿。
[0008] 所述调制子单元包括一个H桥和一个与该H桥连接的独立电容。
[0009] 所述PWM单元采用双闭环跟踪型PWM控制技术。
[0010] 所述PAM单元采用脉冲轮换策略控制其直流侧电压。
[0011] 所述脉冲轮换策略包括对称脉冲轮换控制策略和不对称脉冲轮换控制策略。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0013] 1、本发明采用PAM与PWM混合的调制方式，其中，绝大部分级联子模块采用基频 PAM调制方式，使得这部分级联输出电压为阶梯波，接近参考调制波形，该部分具有开关频 率极低和运行损耗低的特点；极少部分级联子模块采用高频PWM调制方式，使得级联SVG能 够对输出电压、电流进行闭环直接跟踪控制，有效降低其输出侧电压、电流的谐波含量、提 高输出波形的动态响应性能和改善输出波形的跟踪精度；本发明相对于全部采用PWM调制 方式，开关损耗较小；本发明相对全部采用PAM调制方式，能有效地降低电压、电流畸变率， 提高装置输出电流的电能质量；
[0014] 2、本发明针对直流侧电压的不平衡问题，采用脉冲轮换的方式，使各直流侧电压 在脉冲轮换周期内平均意义上相等；
[0015] 3、优选的不对称脉冲轮换能继续减小各桥导通角度的差异，进一步抑制直流侧电 压波动，并且通过调节轮换频率进一步减小直流侧电压的波动和各调制子单元的功率平 衡；
[0016] 4、本发明可实现装置的极低频调制技术，降低装置运行损耗，提高输出电压、电流 跟踪精度和提尚系统动态响应时间；
[0017] 5、本发明混合调制方式普适于并网型逆变器和高压电机拖动系统，扩展性好。
【附图说明】
[0018] 图1是混合调制的级联SVG的拓扑结构不意图；
[0019] 图2是PWM单元调制波的产生过程；
[0020] 图3是PWM单元调制波产生原理示意图；
[0021] 图4是PAM单元的对称脉冲轮换控制示意图；
[0022] 图5是PAM单元的不对称脉冲轮换控制示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0024] 本实施例提供一种基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，结合PAM+PWM两种调制 方式进行混合调制，使系统同时满足低开关损耗、低谐波率、控制精度高和动态响应好的要 求。如图1所示，本实施例级联SVG包括由至少一个调制子单元级联构成的PAM单元A和 由一个调制子单元构成的PWM单元B，PWM单元与PAM单元串联连接，PAM单元采用基频PAM 调制方式，PWM单元采用高频PWM调制方式。PAM单元A中调制子单元的个数远大于PWM单 元B中调制子单元的个数。PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，采用 PAM调制的子单元输出电压级联叠加，形成阶梯波有效逼近参考调制信号；采用PWM调制的 子单元输出高频PWM脉冲电压，使得SVG能够快速、精确跟踪参考信号。
[0025] 任一调制子单元包括一个H桥和一个与该H桥连接的独立电容C，各H桥由功率开 关器件S1、S2、S3、S4组成。
[0026] 本实施例中，PAM单元A由四个调制子单元组成，每个H桥有+E、0、-E (E为每个独 立电容的电压值）三个电平，即四个H桥级联可以得到9个电平。PAM工作在极低的基频 开关频率下，降低了装置的开关损耗。级联SVG中的第五个调制子单元为PWM单元B，采用 PWM调制，采用双闭环跟踪型PWM控制技术对无功电流进行跟踪控制，提高了控制精度和响 应速度。由于PWM调制过程中对谐波进行补偿，所以有效的降低输出电流谐波畸变率。
[0027] 图2是级联SVG中PWM单元调制波的产生过程，其中，a为HBM型子模块单元输出 电压叠加形成的阶梯波--UPAM= uf+uh，其中uf为输出阶梯波的基波电压，约等于参考调 制信号；％为输出阶梯波的谐波电压；b所示为FBM型子模块单元PWM调制的参考调制信 号 u PWM_Mf = u Mf_uPAM，其中混合调制的总参考调制彳目号为uMf;c所不为FBM型子模块单 元PWM调制脉冲信号；d为PAM+PWM混合调制信号波形--uall= u PWM+uPAM。图3是PWM单 元调制波产生原理示意图。混合调制策略中，各H桥的功率开关器件工作在不同的开关频 率，PAM单元开关器件工作在基波开关频率，PAM单元输出阶梯波电压u PAM= u f+uh，其中uf 为输出阶梯波的基波电压，约等于参考调制信号；％为输出阶梯波的谐波电压。设混合调制 的总调制波为uraf。PWM单元的调制参考信号波u PfflUef满足u PfflUef = u Mf-uPAM= u Mf- (uf+uh) =-uh，其PWM脉冲的占空比满足：
【主权项】
1. 一种基于PAM与PWM混合调制的级联SVG,其特征在于，包括由至少一个调制子单元 级联构成的PAM单元和由一个调制子单元构成的P丽单元，所述PWM单元与PAM单元串联 连接，所述PAM单元采用基频PAM调制方式，所述PWM单元采用高频PWM调制方式； 所述PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿。
2. 根据权利要求1所述的基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，其特征在于，所述调制 子单元包括一个H桥和一个与该H桥连接的独立电容。
3. 根据权利要求1所述的基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，其特征在于，所述PWM 单元采用双闭环跟踪型PWM控制技术。
4. 根据权利要求1所述的基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，其特征在于，所述PAM 单元采用脉冲轮换策略控制其直流侧电压。
5. 根据权利要求4所述的基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，其特征在于，所述脉冲 轮换策略包括对称脉冲轮换控制策略和不对称脉冲轮换控制策略。
【专利摘要】本发明涉及一种基于PAM与PWM混合调制的级联SVG，包括由至少一个调制子单元级联构成的PAM单元和由一个调制子单元构成的PWM单元，所述PWM单元与PAM单元串联连接，所述PAM单元采用基频PAM调制方式，所述PWM单元采用高频PWM调制方式；所述PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿。与现有技术相比，本发明采用PAM与PWM混合调制的方式，有效降低了系统开关损耗和输出电压、电流谐波畸变率，同时可抑制直流侧电压波动。
【IPC分类】H02J3-01, H02J3-18
【公开号】CN104682404
【申请号】CN201510091967
【发明人】姚钢, 周荔丹, 王昕 , 何娈
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月2日