桥单元和H桥单元构成，其中 半桥单元模块用于控制桥臂中的基波负载电流，而H桥单元作为电压校正模块用于抑制环 流。采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法，该方法具有较好的实时性，能准确的 检测出电网中的有功电流和无功电流的大小，提高系统的稳定性。本实用新型的换流器相 对于传统的多电平换流器具有明显的优势，能够实现对无功功率、谐波W及不平衡的综合 补偿，其输出为多电平，接近于正弦波，谐波含量小，选择适当的控制算法可减小功率管的 开关频率，降低开关损耗。
【附图说明】
[0024] 图1、系统整体框图；
[0025] 图2、新型MMC换流器拓扑结构电路图；
[0026] 图3、STATCOM的等效控制模型示意图；
[0027] 图4、相间电压平衡控制示意图；
[0028] 图5、独立电压平衡控制示意图；
[0029] 图6、环流抑制器工作原理示意图；
[0030] 图7、模块的工作状态示意图，其中（a)为投入状态，化）为切除状态，（C)为闭锁 状态；
[0031] 图8、新型S相MMC拓扑结构的等效模型示意图；
[0032] 图9、无功电流检测框图；
[0033] 图10、有功、无功电流控制框图；
[0034] 图11、前馈解禪等效控制框图；
[003引 图12、STATCOM电压电流双闭环的控制框图；
[003引 图13、STATCOM系统总控制框图；
[0037]图14、控制器2的工作原理图；
[003引 图15、过零检测电路图；
[003引图16、电流检测及其调理电路电路图；
[0040] 图17、隔离驱动电路电路图；
[0041] 图18、主程序流程图；
[0042] 图19、捕获中断流程图；
[0043] 图20、T1中断子程序流程图；
[0044] 图21、补偿前a相电压、电流波形图；
[004引图22、补偿后a相电压、电流波形图；
[0046] 图23、补偿前a相电流波形图；
[0047] 图24、补偿后a相电流波形图；
[004引图25、平衡控制后a相模块电容电压波形；
[004引图26、抑制前的立相环流波形；
[0050] 图27、抑制后的二相环流波形。
【具体实施方式】
[0051] 结合【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】，本实用新型的基于新型模块化多电平 拓扑结构的无功补偿装置，包括立相交流电源、阻感负载、MMC换流器、控制电路、信号检测 电路和驱动电路，所述MMC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感、若干半桥 单元和一个H桥单元，上桥臂的电感与下桥臂的电感串联连接，MMC换流器=个桥臂的中点 通过导线并联接在=相交流电源和阻感负载之间，信号检测电路的输入端分别连接=相交 流电源的输出端、阻感负载的输入端、MMC换流器的输出端、MMC换流器=个桥臂、MMC换流 器的每个半桥单元和H桥单元，信号检测电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路 的输出端通过驱动电路与MMC换流器建立连接，半桥单元模块用于控制桥臂中的负载基波 电流，H桥单元作为电压校正模块用于抑制环流，信号检测电路，检测电网=相电压、负载侧 =相电流、MMC输出的=相反馈电流、直流侧各子模块的电容电压W及=相的桥臂电流；然 后，将检测到反馈量在控制单元中进行运算和调节，得到PWM控制信号；最后，将控制信号 进行功放W驱动MMC子模块中功率开关管，使换流器输出相应的补偿电流，实现无功补偿。
[0052] 本实施方式的模块化多电平MMC换流器的拓扑结构具有公共直流母线，=相间能 量能够相互流动，在电网崎变的情况下，能够实现无功功率、谐波W及不平衡的综合补偿， 高度模块化，易于冗余设计，而且输出为多电平，接近于正弦波，谐波含量小。
[0053] 将半桥模块称为功率模块，H桥单元称为全桥模块。如图2所示，SM为半桥模块， 每个半桥模块由两个带有反向续流二极管的IGBT和1个储能电容C组成，每个半桥模块有 两种开关状态，控制每一相中模块的通断，能使模块的输出电压通过叠加形成2N+1个电平 的输出电压。
[0054] MMC换流器的功率模块工作状态如图7所示，图中箭头表明电流的流向。所示功率 模块共有=种工作状态：
[0055] 1化值1)开通、Tz值2)关断为投入状态，女日图7中图（a)所示；
[005引。Tl值1)关断、Tz值2)开通为切除状态，如图7中图化）所示；
[0057] 3)Ti和Tz均关断为闭锁状态，如图7中图（C)所示；
[005引设Si为MMC换流器的功率模块的开关函数，可表示为
[0059]
(I)
[0060] 则每个功率模块的等效输出电压U。可表示为
[006dUo=SiVd 似
[006引皿为H桥单元，有3种开关状态，所示MMC全桥模块的开关函数Si,SiG{-1，0, Si的取值决定了H桥单元输出电压的极性。
[0063] 新型=相MMC换流器功率拓扑结构的等效模型如图8所示，其中，直流侧电流为 id。，S相上桥臂电流分别为igp、ibp、i。。，S相下桥臂电流分别为i。,、iw、i。^，S相输出电流分 别为i。、ib、i。。
[0064] Wa相为例，根据K化电路理论可知，a相输出电流可表示为
[0065] ia=iap-iaN做
[006引设a相桥臂的环流为iuw，因上、下桥臂的电路结构相同，则有
[006引将式妨和（6)相加，得到
[007。S相MMC直流母线的电流id。为a、b、CS相环流之和，即 [007引 i化=ic",a+ic",b+ic",。 (7)
[0073] 由于=相对称，=相环流ieir.i可表示为
城
[007引式中，i,/是环流中的二倍频负序交流分量，其中，j=a，b，c，结合式（4)、妨与 (8)可得：
鑽 (10)
[0078] 综合式（9)与（10)，可得a相环流的二倍频负序交流成分为
(H)
[0080] MMC换流器功率模块可等效为可控的电压源Vjf，其中，j=曰，b，C;r=P，N，则a相 上桥输出电压V。。和下桥臂的输出电压V可表示为
(巧） 狂苗
[0083]在图8的等效模型中，全桥模块的输出电压为Vh,,f，W直流母线电压的中点为参 考，MMC系统输出的立相电压为V,，每个桥臂的等效电阻为R。，根据KVL电路理论，可W得到
[008引将式（14)和（巧）相加，再结合式（4)至化），可得： C14) 舶》
(W)
[008引由式（16)可W看出，可W通过控制全桥模块的输出电压（Vh,J大小与电压 差化-VaP-VJ相等从而达到消除环流的目的。
[008引将式（巧）减去式（14)，可得
(1巧
[00川 由式（17)可见，全桥模块对MMC的输出电压几乎没有影响，原因有二：首先，全桥 模块的输出电压等级相对于MMC系统的输出电压来说是很小；其次，控制全桥模块插入每 一相上、下桥臂的电压是相等的，因此式（17)中（Vh,3p-Vh,J/2 -项可近似看成0,并不影响 系统的输出电压。
[0092] 所述控制电路包括载波移相控制器、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均与载波移相控制器建立连接，所述第一控制单元包 括第一比较器1、第二比较器3、第=比较器5、第四比较器7、第五比较器9、第一PI控制器 2、第二PI控制器4、第=PI控制器8、第一坐标转换器6、第二坐标转换器12、第一电抗器 10和第二电抗器11，第一比较器1、第一PI控制器2、第二比较器3、第二PI控制器4和第 =比较器5依次串联后接入第一坐标变换器，第四比较器7、第=PI控制器8和第五比较器 9依次串联后接入第一坐标转换器6,第一坐标转换器6的输出端连接载波移相控制器，载 波移相控制器的输出端连接驱动电路，所述MMC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3和第二电抗器11，第二电抗器11的输出 端连接第=比较器5,第二坐标变换器的另一输出端分别连接第四比较器7和第一电抗器 10,第一电抗器10的输出端连接第五比较器9。
[0093] 所述第二控制单元包括第六比较器13、第屯比较器15、第八比较器18、第九比较 器21、第一比例控制器14、第二比例控制器17、第四PI