一种svg直流侧电容中点电位平衡装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电气行业，尤其是涉及一种用于对电力网络进行无功功率补偿研宄的二极管箝位型三电平静止无功发生器(SVG)直流侧电容中点电位平衡的装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着经济的快速发展，电网中的负荷包括无功负荷持续大量地增加，分布式新能源如太阳能、风能的并网也大大增加了电网的复杂性，尤其是各种电力电子装置引入电网以后，使得电网结构发生了较大的变化，非线性负荷、冲击性负荷等无功性负荷越来越多，给电能质量带来了极大的挑战，因此无功补偿装置的研宄具有十分重要的意义。随着无功补偿技术的迅速发展，静止无功发生器(SVG)得到了较高的重视，它具有补偿响应速度快、运行范围广、可滤除部分谐波、占用体积小、性价比高等优点，因此得到了快速的发展。在静止无功发生器(SVG)的多种拓扑结构中，二极管箝位型三电平拓扑结构比两电平拓扑结构补偿电压波形好，相比于更高电平拓扑结构经济性好等优点，因此应用最为广泛。
[0003]二极管箝位型拓扑结构利用两个串联的直流电容接在直流侧两端，每个桥臂有四个开关器件，上、下桥臂各有两个串联的开关器件，每个开关都通过二极管续流，箝位二极管将每个桥臂的中间两个开关管进行连接，这样通过箝位二极管将开关器件的电压箝位到连接的直流电容电压上，将直流母线电压分为多个电平。因此，每个桥臂的四个开关器件可以向交流侧输出不同电平的电压信号。通过对每个开关管进行相应的PWM脉宽调制，二极管箝位型三电平SVG将多个电平的输出信号合成为调制信号，从而进行无功补偿。
[0004]但是，二极管箝位型三电平静止无功发生器(SVG)直流侧的两个电容在制造工艺上不可能达到完全相同，各个开关管的实际参数和制造工艺也有一定的差别，开关会产生一定程度的延迟；另外，负载电流通过各相桥臂在三电平二极管箱位型SVG中产生了一定的交流电流，此交流电流流入到直流电容中，从而导致直流母线各电容传输功率的不平衡。因此会产生直流侧电容中点电压不均衡的现象，有可能使得输出电压波形发生畸变，使电平发生退化，输出电压中带有低次谐波，开关器件承受的电压不均衡，增大对主管阻断耐压的要求，严重时将使得电子器件因过电压而损坏，直流侧电容上的电压波动也容易使电容的寿命降低。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了解决上述技术问题，提供了一种SVG直流侧电容中点电位平衡装置，该装置能够解决直流侧电容中点电位不平衡的问题，为SVG向电网进行无功补偿提供更好的技术保障。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]一种SVG直流侧电容中点电位平衡装置，包括:三相电源、三相负载、交流电抗器、二极管箝位型三电平电压源换流器VSC、直流侧电容器以及测量控制系统；
[0008]所述三相电源的一条支路串联连接三相负载；三相电源的另一条支路依次串联连接交流电抗器、二极管箝位型三电平电压源换流器VSC以及直流侧并联电容器；在三相电源与交流电抗器之间并联连接测量控制系统；
[0009]所述二极管箝位型三电平电压源换流器VSC中每相桥臂均连接两个串联连接的箝位二极管，所述三相电源的中点、三相负载的中点、每相桥臂的两个箝位二极管的中点以及直流侧电容器的中点相连接，为零序电流提供流通通路。
[0010]所述三相电源为对称三相电源，所述三相电源的每一相均串联连接交流电抗器。[0011 ] 所述二极管箝位型三电平电压源换流器VSC包括a、b、c三相桥臂，所述a、b、c三相桥臂中，每一相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂分别包括两个串联连接的功率开关器件，所述每个功率开关器件的两端均反向并联有续流二极管；
[0012]所述a、b、c三相桥臂的每相桥臂均连接两个反相串联的箝位二极管，所述箝位二极管连接在上桥臂两个功率开关器件的中点和下桥臂两个功率开关器件的中点之间。
[0013]所述直流侧电容器包括两个串联连接的电容Cl和电容C2 ;所述直流侧电容器与二极管箝位型三电平电压源换流器VSC的三相桥臂并联连接，电容Cl和电容C2串联连接的中点与二极管箝位型三电平电压源换流器VSC连接的两个箝位二极管的中点相连接，所述电容Cl和电容C2的中点与两个箝位二极管的中点为等电位点。
[0014]所述测量控制系统包括:PLL锁相模块、abc/dqO变换模块、SVG三相输出外环电压控制器、内环电流控制器、dqO/abc变换模块和脉冲宽度调制驱动电路；
[0015]所述PLL锁相模块和abc/dqO变换模块的输入端分别连接在每一相电源与交流电抗器之间，PLL锁相模块的输出端连接至dqO/abc变换模块，abc/dqO变换模块的输出端连接在SVG三相输出外环电压控制器和内环电流控制器之间，所述PLL锁相模块还与abc/dqO变换模块连接；
[0016]所述SVG三相输出外环电压控制器、内环电流控制器、dqO/abc变换模块和脉冲宽度调制驱动电路依次串联连接，所述脉冲宽度调制驱动电路的输出端连接至二极管箝位型三电平电压源换流器VSC。
[0017]本实用新型有益效果:
[0018]本实用新型装置应用于二极管箝位型三电平拓扑静止无功发生器(SVG)中，能够较好地解决直流侧电容中点电位不平衡的问题，使得输出的补偿电压不会因为电容中点电位不平衡而产生波形畸变和电平退化等问题，为静止无功发生器(SVG)向电力网络进行无功补偿提供更好的技术保障。
[0019]本实用新型控制原理简单，控制实现简便；主要用于二极管箝位型三电平静止无功发生器直流侧电容中点电位不平衡的研宄。其控制效果与系统的调制比及功率因数无关，理论上可以将中点的波动控制在一个比较小的范围之内。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型二极管箝位型三电平静止无功发生器直流侧电容中点电位平衡装置的总体结构图；
[0021]图2为二极管箝位型三电平电压源换流器(VSC)主电路拓扑结构图；
[0022]图3(a)_(c)为测量控制系统外环控制器控制结构图；
[0023]图4(a)_(c)为测量控制系统内环控制器控制结构图。
[0024]其中，I为三相电源，2为三相负载，7为交流侧串联连接电抗器，8为PLL锁相环节，9为abc/dqO变换环节，10为外环控制器，11为内环控制器，12为dqO/abc变换环节，13为PWM生成环节，14为三相二极管箝位型VSC电路，15为直流侧上臂电容Cl，16为直流侧下臂电容C2。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0026]如图1所示，本实施例提供了一种二极管箝位型三电平静止无功发生器直流侧电容中点电位平衡的装置，包括静止无功发生器(SVG)主电路，测量控制系统，二极管箝位型三电平电压源换流器(VSC)电路14和直流侧并联电容器。SVG主电路适用于低压供电网络。
[0027]静止无功发生器(SVG)主电路包括三相电源1、三相负载2、交流电抗器7 ;三相电源I为对称三相电源，三相负载2为三相不平衡负载。
[0028]三相电源I的一条支路串联连接三相负载2 ;三相电源I的另一条支路依次串联连接交流电抗器7、二极管箝位型三电平电压源换流器VSC14以及直流侧并联电容器；在三相电源I与交流电抗器7之间并联连接测量控制系统；
[0029]二极管箝位型三电平电压源换流器VSC14中每相桥臂均连接两个串联连接的箝位二极管，三相电源的中点、三相负载的中点、每相桥臂的两个箝位二极管的中点以及直流侧电容器的中点相连接，为零序电流提供流通通路。
[0030]图3 (a)-(c)和图4 (a)-(c)所示，测量控制系统包括PLL锁相模块8、abc/dqO变换模块9、SVG三相输出外环电压控制器10、内环电流控制器ll、dq0/abc变换模块12和脉冲宽度调制驱动电路13。
[0031]外环控制器10包括直轴、交轴和零轴指令电流值的形成。直轴电流值由直流电容器侧直流电压指令值算法计算得到。交轴电流值由瞬时无功功率理论计算得到。零轴电流值由平衡控制算法得到。内环电流控制器11包括指令值和实际值的交叉解耦算法和平衡控制算法。脉冲宽度调制驱动电路13采用正弦脉宽调制方法进行控制。
[0032]如图2所示，二极管箝位型三电平电压源换流器(VSC)电路14包括三相桥臂a、b、c三个交流串联电抗器7，每相均包括上下两个桥臂，上桥臂和下桥臂各有两个串联连接的功率开关器件。每个功率开关器件Sax、Sbx、Sc3U为1、2、3、4)的两端均反并联有续流二极管Daj^DbxUx = 1、2、3、4)。每相桥臂包括两个串联连接的箝位二极管DAx、DBx、DCx(x =1、2)。箝位二极管DAx、Dbx, Dcx(x = 1、2)连接在上桥臂两个功率开关器件的中点和下桥臂两个功率开关器件的中点之间。
[0033]直流侧并联电容器包括上下两部分串联连接的电容器，与二极管箝位型三电平电压源换流器(VSC)电路14三相桥臂并联连接，直流侧电容器的串联连接中点与二极管箝位型三电平电压源换流器(VSC)电路14三相桥臂的箝位二极管的串联连接中点O相连接，两电容器的中点和箝位二极管的中点为等电位点。
[0034]三相电源I的中点N和三相负载2的中点N’、VSC主电路、每相桥臂箝位二极管的中点、直流侧电容器中点相连接，为零序电流提供流通通路。
[0035]半导体开关器件Sax、Sbx、Sex(X 为 1、2、3、4)采用 IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)可关断电力电子器件。
[0036]直流侧串联电容C115和电容C216采用薄