扑结构的控制装置的结构示意图如图1及图2所示， 包括三相全桥电压源型变换器，所述的三相全桥电压源型变换器的每个相单元由上下两个 桥臂组成，每个桥臂由3个子模块级联，每个子模块由两个IGBT，两个反并联二极管和一个 分散电容组成，同时在三相全桥电压源型变换器的直流侧连接有集中电容，其交流侧与连 接电感连接，设置在三相全桥电压源型变换器上的电压传感器和电流传感器分别与DSP控 制器上的AD采样电路连接，DSP控制器与触摸屏进行通信，同时DSP控制器通过PLL锁相环采 集三相全桥电压源型变换器的A相交流侧电压初相位。 本发明的控制原理:参见图4，本发明的控制原理基于瞬时无功功率理论，将A、B、C三相 自然坐标系下的交流电压通过dq同步旋转坐标变换成两相正交旋转的基频分量，UP。。为公 共连接点电压，dstatcom可工作在两种工作模式下，一种是控制补偿的无功功率为给定期 望值，另一种是定公共连接点电压控制，而本发明的控制策略是定公共连接点电压控制。通 过对A、B、C三相交流电压分别进行正序和负序的dq同步旋转坐标变换，其接入点负序电压 分量给定值为〇,能实现系统发生不对称故障时对负序电压的抑制，而同时保持正序正常电 压为额定值。 实施时，首先搭建三相全桥电压源型变换器，将三相全桥电压源型变换器的每个相单 元分成上下两个桥臂，每个桥臂由3个子模块级联，每个子模块由两个IGBT、两个反并联二 极管和一个分散电容组成，同时在三相全桥电压源型变换器的直流侧连接有集中电容，其 交流侧与连接电感连接，这样即可组成四电平三相全控桥的DSTATCOM拓扑结构，将上述拓 扑结构连接到电网，在CCS环境下进行程序调试。先采用不可控整流将直流侧电容电压提到 537v，再采用PWM整流将直流侧整到700v。电容耐压值为900v，容量10微法。参见图5，系统软 件采用模块化设计方法，用多个功能子模块结合共同完成系统的整体功能，而每个子模块 独立完成软件系统的一部分功能。所设计设的软件系统可分为检测及控制模块、中断模块、 系统软件保护模块等功能子模块，这些模块相互配合完成配电网三相静止同步补偿器的整 体控制。本系统采用的DSPF2812控制器开发板上外置了AD7656采样芯片，用来采集所需的 信号，并将采集到的信号进行模数转换得到对应的数字信号，通过10 口总线输入到 DSPF2812控制器进行数字信号处理产生六路PWM脉冲，每两个脉冲之间相位差为60度。为了 避免同一桥臂直通，在输入到IGBT栅极电压之前上下桥臂通过一个取反信号，使得脉冲总 是呈现180度互补状态。其中，A相交流侧电压初相位通过PLL锁相环进行采样。DSP控制器与 FPGA进行互相通信，将信号传送至触摸屏，可由手指点触触摸屏表面直接控制所期望的无 功功率补偿效果。采用FPGA通信大大提高了DSP的动态响应速度，稳态精度也变得更好，稳 定性能并未受到大的影响。由于系统需要采样三相电网电压、三相负载电流、逆变器输出三 相电流及逆变器直流侧电压等10路信号，用来完成双闭环控制功能，而AD7656采样芯片具 备了 12路±10V模拟输入、4路±10V模拟输出，保证了系统设计的要求，采样的波形好，失真 率低。通过传感器或互感器采样以上信号后，经过模拟信号处理电路，使处理后的信号值 在-10V到+10V之间以满足采样芯片AD7656输入接口的输入电平要求，然后将信号接到如图 7所示的采样芯片的输入接口。 采样与数据处理程序在读取采样芯片的采样输出信号后，根据传感器及模拟信号处理 电路的变比及AD7656的编码规则，将采样输出值乘以一个比例系数，还原成真实的信号值。 如图3及图6所示，本程序中无功电流检测采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq无功电 流检测方法。将检测到的三相负载电流瞬时值乘以正变换矩阵，再经过低通滤波器，得到基 波无功电流幅值，再将直流侧控制有功分量作为基波有功电流幅值，然后乘以反变换矩阵 得到三相电流指令信号。 正变换：
对正变换得到的无功电流分量采用低通滤波器滤波，得到其中的直流分量，即负载电 流中基波无功电流幅值;直流侧控制有功分量作为，进行反变换可得到指令电流。 反变换，
参见图8,控制策略采用电压外环电流内环的双闭环控制策略。电压外环采用PI控制， 可以使直流侧电压稳定到一定大小值，电流内环采用无差拍控制技术，采用上一个周期的 数据计算出来占空比用来控制下一个周期IGBT的开通关断时间，从控制角度来看可以做到 电流自适应跟踪的目的。参见图10~13,根据本周期采用的数据，计算出下一步要达到的指 定的状态和输出，得到所需要的触发脉冲的宽度和极性，使得输出电流跟踪指令电流。不断 调整每个采样周期内触发脉冲的极性和宽度，就能够得到高质量的网侧电流波形。因此，通 过本发明的控制方法改进的系统更好的谐波特性和更低的损耗，从而减少了电网系统的无 功和谐波电流含量，大大降低了配电网电气损耗，实现了电气节能，并且提高了电网的电能 质量。
【主权项】
1. 一种基于DSTATCOM拓扑结构的控制方法，其特征在于：首先搭建三相全桥电压源型 变换器，将三相全桥电压源型变换器的每个相单元分成上下两个桥臂，每个桥臂由3个子模 块级联，每个子模块由两个IGBT、两个反并联二极管和一个分散电容组成，同时在三相全桥 电压源型变换器的直流侧连接有集中电容，其交流侧与连接电感连接，这样即可组成四电 平三相全控桥的DSTATCOM拓扑结构，然后将整个拓扑结构并接至电网，此时通过DSP控制器 的AD采样电路采集该拓扑结构以及电网的电流和电压信号，再通过DSP控制器对所采集的 信号进行处理，将信号还原为实际值大小，然后采用瞬时无功功率理论ip-iq算法对采样得 到的负载电流信号进行分析，提取负载无功电流信号，并叠加直流侧控制有功分量得到调 制指令信号，再采用电压外环电流内环的双闭环控制进行数字离散化，使直流侧电压及逆 变器输出电流准确跟踪指令信号，从而达到电流自适应跟踪的目的。2. 根据权利要求1所述的基于DSTATCOM拓扑结构的控制方法，其特征在于:采用瞬时无 功功率理论ip-iq算法对采样得到的负载电流信号进行分析时，将检测到的三相负载电流 瞬时值乘以正变换矩阵，再经过低通滤波器，得到基波无功电流幅值，再将直流侧控制有功 分量作为基波有功电流幅值，然后乘以反变换矩阵得到三相电流指令信号，其中： 正变换为：3. 根据权利要求1所述的基于DSTATCOM拓扑结构的控制方法，其特征在于:所述的电压 外环电流内环的双闭环控制是将电压外环采用PI控制，使直流侧电压稳定，而电流内环采 用无差拍控制技术，这样即可采用上一个周期的数据计算出来占空比用来控制下一个周期 IGBT的开通关断时间。4. 一种基于DSTATCOM拓扑结构的控制装置，包括三相全桥电压源型变换器，所述的三 相全桥电压源型变换器的每个相单元由上下两个桥臂组成，每个桥臂由3个子模块级联，每 个子模块由两个IGBT，两个反并联二极管和一个分散电容组成，同时在三相全桥电压源型 变换器的直流侧连接有集中电容，其交流侧与连接电感连接，设置在三相全桥电压源型变 换器上的电压传感器和电流传感器分别与DSP控制器上的AD采样电路连接，DSP控制器与触 摸屏进行通信，同时DSP控制器通过PLL锁相环采集三相全桥电压源型变换器的A相交流侧 电压初相位。5. 根据权利要求4所述的基于DSTATCOM拓扑结构的控制装置，其特征在于:每个半桥臂 通过驱动保护电路与DSP控制器进行通信连接。
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSTATCOM拓扑结构的控制方法及装置，该装置包括三相全桥电压源型变换器，所述的三相全桥电压源型变换器的每个桥臂分为上下两部分，每个半桥臂由3个IGBT模块化级联，每个IGBT上反并联一个二极管，同时在三相全桥电压源型变换器的直流侧连接有电容，其交流侧与连接电感连接，设置在三相全桥电压源型变换器上的电压传感器和电流传感器分别与DSP控制器上的AD采样电路连接，DSP控制器与触摸屏进行通信。本发明实现了对DSTATCOM直流侧电压的平衡控制，确保DSTATCOM的稳定可靠运行，同时通过三角载波移相SPWM调制，以较低的器件开关频率实现较高的等效开关频率，且大幅度消除了谐波，大大降低了配电网电气损耗，实现了电气节能，并且提高了电网的电能质量。
【IPC分类】H02J3/01, H02J3/18
【公开号】CN105529710
【申请号】CN201510865033
【发明人】刘永军, 张宏俊, 印然, 余辛, 李畅, 周伟
【申请人】贵州大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月1日