基于双h桥模块化多电平换流器的无功补偿装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种新型的无功补偿装置，具体设及基于双H桥模块化多电平换 流器的无功补偿装置，属于高压大功率、多电平无功补偿技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统规模的不断发展，对无功补偿装置的容量和电压等级都提出了新的 要求，使其不断地向高压大功率领域发展，多电平拓扑结构应运而生。
[0003] 多电平换流器的基本思想是用多个输出电平数来逼近正弦调制波形。较常见的多 电平拓扑结构有S种：二极管错位型、飞跨电容型W及H桥级联型。二极管错位型和飞跨电 容型结构，随着电平数的增加，所需的开关器件和错位电容数量大大增加，不利于实现更高 电平的变换电路，而且电容电压不易均衡，推广应用受到限制。H桥级联结构，当立相输出的 电流不均衡时，桥臂间不能传递有功能量，难W实现=相模块间的电容电压平衡。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了解决现有技术换流器输出电平数低且环流抑制效果不 好的问题。
[0005] 本实用新型的技术方案是：基于双H桥模块化多电平换流器的无功补偿装置，包 括=相交流电源、负载、MMC换流器、信号检测电路、DSP模块和驱动电路，所述换流器包括 =个结构相同并联连接的桥臂，每个桥臂包括关于桥臂中点对称且串联连接的上桥臂和下 桥臂，所述上桥臂包括相互串联的电抗器、第一H桥单元、第二H桥单元和若干半桥单元，上 桥臂的电抗器与下桥臂的电抗器串联连接，换流器=个桥臂的中点通过导线并联接在=相 交流电源和负载之间，信号检测电路的输入端分别连接=项交流电源的输出端、负载的输 入端、换流器的输出端、换流器=个桥臂、第一H桥单元、第二H桥单元和每个半桥单元、信 号检测电路的输出端连接DSP模块的输入端，DSP模块的输出端通过驱动电路与换流器建 立连接。
[0006] 所述DSP模块包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元的输出端和第二 控制单元的输出端分别与驱动电路建立连接，所述第一控制单元包括第一比较器、第二比 较器、第=比较器、第四比较器、第五比较器、第一PI控制器、第二PI控制器、第=PI控制 器、第一坐标转换器、第二坐标转换器、第一电抗器、第二电抗器、第一调制单元和电容电压 排序单元，第一比较器、第一PI控制器、第二比较器、第二PI控制器和第=比较器依次串联 后接入第一坐标变换器，第四比较器、第=PI控制器和第五比较器依次串联后接入第一坐 标转换器，第一坐标转换器的输出端连接第一调制单元，第一调制单元的输出端连接电容 电压排序单元，电容电压排序单元的输出端连接驱动电路，所述换流器的输出端连接第二 坐标变换器，第二坐标变换器的第一输出端分别连接第二比较器和第二电抗器，第二电抗 器的输出端连接第=比较器，第二坐标变换器的另一输出端分别连接第四比较器和第一电 抗器，第一电抗器的输出端连接第五比较器。
[0007] 第二控制单元包括第六比较器、第屯比较器、第八比较器、第九比较器、第一比例 控制器、第二比例控制器、第四PI控制器、第五PI控制器、函数模块和第二调制单元，第六 比较器、第一比例控制器、第屯比较器、第四PI控制器和第二比例控制器依次串联后接入 第九比较器，第八比较器、第五PI控制器和函数模块依次串联后接入第九比较器，第九比 较器的输出端连接第二调制单元，第二调制单元的输出端连接驱动电路。
[0008] 所述基于双H桥模块化多电平换流器的无功补偿装置包括电压过零检测电路，所 述电压过零检测电路包括电压传感器、比较电路和反相器，电压传感器的输入端连接=相 交流电源的输出端，电压传感器的输出端连接比较电路的输入端，比较电路的输出端通过 反相器电路接入DSP模块。虽然一般电网的电压为工频50化，但也会存在上下波动的现象， 所W，需要利用电压过零检测电路对电网频率进行跟踪，使SVG交流侧产生的电压频率与 电网频率一致。
[0009] 所述基于双H桥模块化多电平换流器的无功补偿装置包括电流检测及调理电路， 所述电流检测及调理电路包括电流传感器、光电隔离放大器和偏置电路，电流传感器的输 出端连接光电隔离放大器，光电隔离放大器的输出端连接偏置电路，偏置电路输出端为电 流检测及调理电路的输出端，可W尽量减少采样环节引起的滞后和提高检测信号的抗干扰 能力。
[0010] 所述基于双H桥模块化多电平换流器的无功补偿装置包括过流保护电路，过流保 护电路包括比较器和嵌位二极管电路，比较器的反相输入端与信号采集电路的输出端建立 连接，比较器的输出端经错位电路的中点与DSP模块建立连接，通过TMS320F2812的功率驱 动保护中断PDPINTA来实现电流保护过程。
[0011] 所述基于双H桥模块化多电平换流器的无功补偿装置的控制方法，包括采用基于 瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法对电流进行检测；对半桥单元、第一H桥单元和第二 H桥单元分别控制；
[0012] 所述对半桥单元的控制包括对系统无功的补偿W及维持半桥单元电容电压的稳 定，根据基于闭环解禪的电压、电流双闭环控制方法生成调制信号，采用基于载波移相的电 容电压排序法使半桥单元的电容电压稳定；
[0013] 所述对第一H桥单元的控制包括利用第一H桥单元增加电平数，并维持第一H桥 单元电容电压的稳定；
[0014] 所述对第二H桥单元的控制包括第二H桥单元电容电压均衡和整个无功补偿装置 环流的抑制。
[0015] 基于载波移相的电容电压排序法包括：
[0016] (1)需投入电平数的确定
[0017] 首先，利用载波移相调制技术将经过前馈解禪控制得到的调制波与每个桥臂的移 相=角载波进行比较，得到需要的电平数N，所述移相=角载波由第一调制单元产生；
[0018] 然后，对得到电平数N进行判断，得到新的电平数k;再根据每个桥臂半桥单元电 容电压高低排序情况和桥臂电流的流动方向选择相应的k个半桥单元投入；
[0019] (2)半桥单元电容电压排序法的步骤
[0020] 根据桥臂电流的方向进行判断如下：
[0021] 当igfm〉〇时，则根据半桥单元电容电压排序结果投入电容电压最低的k个半桥单 元；
[0022] 当i,^<0时，则根据半桥单元电容电压排序结果投入电容电压最高的k个半桥单 ynO
[0023] 利用第一H桥单元增加电平数的方法包括：
[0024] (1)利用载波移相技术对调制信号进行逼近，得到电平数N，然后进行判断；
[00巧]若电平数N为原有的化+1个电平，则第一H桥单元不需要投入运行，半桥单元需 要的电平数k=N，根据电平数k得到半桥单元的控制信号；
[0026] 若电平数为新的化个电平，则第一H桥单元投入运行，并通过第一H桥单元控制 模块得到第一H桥单元的控制信号，同时确定新的电平数k，然后根据新的电平数k通过半 桥单元控制模块得到半桥单元的控制信号。
[0027] (2)由于第一H桥单元的投入和切除要配合串联的半桥单元的投入和切除，所W 第一H桥单元的控制方法为：先对流过桥臂的电流和直流侧电容电压进行检测，根据电流 方向和当前第一H桥单元的直流侧电容电压的大小得到第一H桥单元所需充放电状态，再 根据充放电状态及电流方向得到输出电压状态，进而得到第一H桥单元的驱动信号。
[0028] 所述第二H桥单元电容电压均衡过程包括：每一相上、下桥臂第二H桥单元电容 电压的给定值Vh,Uf与第二H桥单元的实际电容电压进行比较，经PI控制器，其输出乘W该 桥臂电流的符号函数后，将生成的第二H桥单元电压信号VfifW与S角载波比较后得到PWM 波，驱动第二H桥单元中相应的功率开关管，对第二H桥单元的电容进行充放电控制，实现 第二H桥单元电容电压的均衡，其中，r=P，N。
[0029] 所述环流抑制过程包括：将每一相环流分别与环流的参考值进行比较，此时环流 的参考值id。/%id。为S相MMC直流母线电流，得到的结果通过一个比例控制器形 成一个第二H桥单元的电压参考值，将运个电压参考值平均分成2份，分别与该相上、下桥 臂第二H桥单元的电压信号相加。
[0030] 本实用新型与现有技术相比具有W下效果：本实用新型提供了一种能够应用于 高压大功率领域的无功补偿装置，优点是MMC换流器的拓扑结构具有公共直流母线，=相 间的能量能够相互流动，系统=相电压不平衡时也能正常运行，因此，基于MMC换流器的 STATCOM能够实现无功功率、谐波W及不平衡的综合补偿。在原MMC系统的基础上每相上、 下桥臂中各加入2个H桥单元，其中半桥单元用于控制桥臂中的基波负载电流，第一H桥单 元可W实现对输出电平数的成倍增加至4n+l，第二H桥单元作为电压校正模块用于抑制环 流。本实用新型的新型MMC拓扑结构的环流抑制器控制方案简单，不用进行二倍频的负序 坐标变换，占用的软件资源相对来说比较少，且负载电流和环流分别由半桥单元和H桥单 元进行控制，互不影响；所述一种基于载波移相的电容电压排序法，简单且易于实现，不仅 使半桥单元电容电压保持稳定。并且可W避免半桥单元不必要的投切，减少功率管的开关 次数，降低开关损耗。
【附图说明】
[0031] 图1、系统整体框图；
[0032] 图2、传统MMC拓扑结构示意图；
[0033] 图3、新型MMC拓扑结构示意图；
[0034] 图4、需投入电平数的确定流程图；
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