一种基于三段式SVPWM调制的三电平综合补偿系统及其检测方法与流程

本发明涉及电能质量检测与治理的技术领域，更具体地，涉及一种基于三段式svpwm调制的三电平综合补偿系统。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，基于全控型电力电子器件的静止无功发生器在电力系统中得到了广泛的研究和发展。静止无功发生器(svg)并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率。其基本原理是利用可关断大功率电力电子器件(igbt)组成自换相桥式电路，经过电抗器或电容器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。目前常用的静止无工发生器主要是两电平svg，鲜有采用三电平svg，而三电平相对两电平拓扑有谐波少、损耗小、开关频率高、效率高、节省成本的几大优点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以三电平svg为核心，结合三段式空间矢量脉冲调制(svpwm)的调制方式的三电平综合补偿系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种基于三段式svpwm调制的三电平综合补偿系统，包括三电平svg主电路、补偿电流检测模块和svpwm调制模块，所述补偿电流检测模块用于检测三相电路的三相电流，将三相电流经计算得到三相补偿电流，并将三相补偿电流信号发射至svpwm调制模块；所述svpwm调制模块用于向三电平svg主电路发射控制信号；所述三电平svg主电路用于接收svpwm调制模块的信号，并生成所需的补偿电流。

本发明的基于三段式svpwm调制的三电平综合补偿系统，包括三电平svg主电路、补偿电流检测模块及svpwm调制模块，通过补偿电流检测模块计算出给定电流，并将给定电流信号输入到spvwm调制模块，生成svg三电平主电路的控制信号，对svg三电平主电路进行控制，生成所需的补偿电流，且结构简单、控制准确、实用性强。

优选地，所述svg主电路包括用于直流储能的直流电容器c1、用于控制可关断大功率电力电子器件开关通断的电压型变换器、用于将电压型变换器接入电力系统的耦合变压器ct、用于接收svpwm调制模块发射的控制信号的若干晶闸管vt及若干与晶闸管vt反并联的二极管d；所述电压型变换器由可关断大功率电力电子器件组成，所述电压型变换器能够通过svpwm技术控制可关断大功率电力电子器件开关的通断。由大功率电力电子开关器件组成的电压型变换器vsc，通过空间矢量脉冲调制svpwm技术控制电力电子开关的通断，将电容器上的直流电压变换为具有一定频率和幅值的交流电压。

优选地，所述补偿电流检测模块包括调节器pi、顺变器c32、逆变器c23、和低通滤波器lpf，所述顺变器c32、低通滤波器lpf、逆变器c23通信连接，所述调节器pi低通滤波器lpf通信连接。电网电流通过顺变器c32由三相电流ia、ib、ic变为两相iα、iβ，经过低通滤波器lpf获取基波有功分量iαp、iβp以及无功分量iαq、iβq，经逆变器c23由有功分量iαp、iβp转换为三相有功电流iap、ibp、icp。

优选地，所述svpwm调制模块具体为采用三段式的svpwm调制方式的调制器。三段式的svpwm调制方式，单周期内仅有2次开关切换，虽较七段式的svpwm调制方式开关周期相同，但开关切换次数更少，可获得更小的开关损耗，系统谐波含量得到进一步的改善，且三段式调制系统更为简单，易于实现。

优选地，所述补偿电流检测模块采用的检测方法如下：

s1.首先检测三相电路的电流量ia、ib、ic，并将三相坐标系下的电流量经顺变器c32转变到α-β两相正交坐标系下，转换方法如下：

其中，ia,ib,ic分别为三相电力系统中各相电流；iα、iβ为三相电流瞬时值在α-β两相正交坐标系的变换值；c32为变换系数；

s2.在步骤s1之后，将三相电流瞬时值的α-β两相正交坐标系的变换值iα、iβ经低通滤波器lpf获取有功分量iαp、iβp和无功分量iαq、iβq；有功分量iαp、iβp和无功分量iαq、iβq的计算方法如下：

其中，矢量iα、iβ合成电流矢量i，|i|为电压矢量和电流矢量的模，分别为电流矢量的幅角；iαp为iα的有功分量，iαq为iα的无功分量，为电流矢量的幅角；

s3.在步骤s2之后，检测直流侧电容电压udc，并与直流侧电压参考值udref做比较得出误差信号，经调节器pi后分别与iα的有功分量iαp、iβ的有功分量iβp叠加，iα、iβ的无功分量iαq、iβq置零；叠加后的iαp、iβp和置零的iαq、iβq在经过逆变器c23旋转反变换为三相有功电流iap、ibp、icp，三相有功电流iap、ibp、icp分别与电网电流做差，即得到所需的给定电流iag、ibg、icg；

s4.在步骤s3之后，将给定电流iag、ibg、icg信号发射至svpwm调制模块，给定电流通过svpwm调制模块生成晶闸管的控制信号，控制svg三电平主电路，生成所需的补偿电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的基于三段式svpwm调制的三电平综合补偿系统，以三电平svg为核心，采取三段式svpwm的调制方式；包括三电平svg主电路、补偿电流检测模块及svpwm调制模块，通过补偿电流检测模块计算出给定电流，并将给定电流信号输入到spvwm调制模块，生成svg三电平主电路的控制信号，对svg三电平主电路进行控制，生成所需的补偿电流；三段式的svpwm调制方式，单周期内仅有2次开关切换，较七段式的svpwm调制方式开关切换次数更少，可获得更小的开关损耗，系统谐波含量得到进一步的改善，且系统简单，控制准确，易于实现。

附图说明

图1为实施例一的基于三段式svpwm调制的三电平综合补偿系统的结构框图；

图2为三电平svg主电路图；

图3补偿电流的检测原理图；

图4为三段式svpwm开关波形图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图4所示为本发明的三段式scpwm调制的三电平综合补充系统的第一实施例，包括三电平svg主电路、补偿电流检测模块及svpwm调制模块，补偿电流检测模块用于检测三相电路的三相电流，将三相电流经计算得到三相补偿电流，并将三相补偿电流信号发射至svpwm调制模块；svpwm调制模块用于向三电平svg主电路发射控制信号；三电平svg主电路用于接收svpwm调制模块的信号，并生成所需的补偿电流。

如图1所示，通过补偿电流检测模块计算出给定电流，并将给定电流信号输入到spvwm调制模块，生成svg三电平主电路的控制信号，对svg三电平主电路进行控制，生成所需的补偿电流。

具体地，如图2所示，svg主电路包括用于直流储能的直流电容器c1、用于控制可关断大功率电力电子器件开关通断的电压型变换器、用于将电压型变换器接入电力系统的耦合变压器ct、用于接收svpwm调制模块发射的控制信号的若干晶闸管vt及若干与晶闸管vt反并联的二极管d；电压型变换器由可关断大功率电力电子器件组成，并可通过svpwm技术控制可关断大功率电力电子器件开关的通断。

如图3所示，补偿电流检测模块包括调节器pi、顺变器c32、逆变器c23、和低通滤波器lpf，顺变器c32、低通滤波器lpf、逆变器c23通信连接，调节器pi低通滤波器lpf通信连接。电网电流通过顺变器c32由三相电流ia、ib、ic变为两相iα、iβ，经过低通滤波器lpf获取基波有功分量iαp、iβp以及无功分量iαq、iβq，经逆变器c23由有功分量iαp、iβp转换为三相有功电流iap、ibp、icp；具体的检测方法如下：

s1.首先检测三相电路的电流量ia、ib、ic，并将三相坐标系下的电流量经顺变器c32转变到α-β两相正交坐标系下，转换方法如下：

其中，ia,ib,ic分别为三相电力系统中各相电流；iα、iβ为三相电流瞬时值在α-β两相正交坐标系的变换值；c32为变换系数；

s2.在步骤s1之后，将三相电流瞬时值的α-β两相正交坐标系的变换值iα、iβ经低通滤波器lpf获取有功分量iαp、iβp和无功分量iαq、iβq；有功分量iαp、iβp和无功分量iαq、iβq的计算方法如下：

其中，矢量iα、iβ合成电流矢量i，|i|为电压矢量和电流矢量的模，分别为电流矢量的幅角；iαp为iα的有功分量，iαq为iα的无功分量，为电流矢量的幅角；

s3.在步骤s2之后，检测直流侧电容电压udc，并与直流侧电压参考值udref做比较得出误差信号，经调节器pi后分别与iα的有功分量iαp、iβ的有功分量iβp叠加，iα、iβ的无功分量iαq、iβq置零；叠加后的iαp、iβp和置零的iαq、iβq在经过逆变器c23旋转反变换为三相有功电流iap、ibp、icp，三相有功电流iap、ibp、icp分别与电网电流做差，即得到所需的给定电流iag、ibg、icg；

s4.在步骤s3之后，将给定电流iag、ibg、icg信号发射至svpwm调制模块，给定电流通过svpwm调制模块生成晶闸管的控制信号，控制svg三电平主电路，生成所需的补偿电流。

另外，如图4所示为三段式的svpwm开关波形图，单周期内仅有2次开关切换，虽较七段式的svpwm调制方式开关周期相同，但开关切换次数更少，可获得更小的开关损耗，系统谐波含量得到进一步的改善，且三段式调制系统更为简单，易于实现。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。