控制器16、第五PI控制器19和函 数模块20,第六比较器13、第一比例控制器14、第屯比较器15、第四PI控制器16和第二比 例控制器17依次串联后接入第九比较器21，第八比较器18、第五PI控制器19和函数模块 20依次串联后接入第九比较器21，第九比较器21的输出端连接所述载波移相控制器。
[0094] 本实施例的调制技术采用载波移相控制策略。
[0095] 所述控制电路包括DSP模块和FPGA模块，DSP模块的输出端连接FPGA模块，FPGA 模块的输出端连接驱动电路，所述第一控制单元和第二控制单元集成在DSP模块内，所述 载波移相控制器集成在FPGA模块内，本实施例的DSP控制模块WTI公司的TMS320F2812 为核屯、，DSP模块和FPGA模块配合实现负载侧电流采样、补偿电流采样、电容电压采样、桥 臂电流采样、电流电压双闭环控制、CPS-SPWM波生成等功能，辅助电路由开关电源、保护电 路等组成。
[0096] 所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置包括过零检测电路，所述过 零检测电路包括电压传感器22、比较电路23和光禪24,电压传感器22的输入端连接=相 交流电源的输出端，电压传感器22的输出端连接比较电路23的输入端，比较电路23的输 出端通过光禪24接入DSP模块。本实施方式的采用电压霍尔模块CHV-25P把A相电压幅 值降为5V左右，然后通过比较电路23产生一个与电网同频的方波信号，其上升沿与a相正 向电压的过零点重合，两个上升沿的时间差即为电网a相电压的周期。
[0097] 基于新型模块化多电平拓扑结构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25、光电隔离放大器26和运算放大器27,电流传感 器25的输出端连接光电隔离放大器26,光电隔离放大器26的输出端连接运算放大器27， 运算放大器27的输出端为电流检测及调理电路的输出端，本实用新型采用高速的电流霍 尔模块CHB-25NP实现S相电流检测，并利用光电隔离放大器26进行隔离，W提高检测信号 的抗干扰能力，本实施方式采用的光电隔离放大器的型号为HCPL7840,运算放大器27的型 号为LF358,运算放大器27给光禪HCPL7840的输出电压加上2V的偏置。
[0098] 所述驱动电路包括电平转换电路和驱动忍片，电平转换电路的输入端为驱动电路 的输入端，电平转换电路的输出端连接驱动忍片，驱动忍片的输出端为驱动电路的输出端， 本实施方式的无功补偿装置的隔离驱动电路如图17所示，将FPGA发出的PWM信号经过电 平转换后，送给驱动忍片2SD315A，该忍片具有4000VAC的隔离电压，设有短路和过流保护 功能，将2SD315A的工作模式设置为直接工作模式，运样可在INA和INB两个引脚中输入两 个控制信号，并能同时驱动两个功率管。
[0099] 基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置的控制方法，具体包括：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；由于无功与谐波电流的检测值 为电流补偿控制的给定值，所W无功与谐波电流检测的性能直接影响着STATCOM补偿的效 果，采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq电流检测法，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，在检测基波无功电流时基本上是无延迟的。
[0100] 由于ip-iq谐波电流检测法只需S相瞬时电流和a相电网电压的角度信息，因而外 部信号检测电路简单。另外，ip-iq检测法采用内部的参考正弦信号，没有直接使用系统电 压信息参与运算，不受电网电压崎变或不对称的影响。
[0101] 首先，将S相负载电流i。、ib、i。变换到dq坐标系下，即
(IS)
[010引其中，Lb。dq为坐标变换矩阵为[0104]
(1與
[010引式中，COt是与电网同步的旋转角度，由锁相环（PLL)来实现。
[010引图9为系统无功和谐波电流检测原理图，图中的负载电流i。、ib、i。经式（18)变 换得到dq坐标下分量id、iq。由瞬时无功功率理论可知，经坐标变换后得到负载中有功、无 功电流分量id、iq，经低通滤波处理后，得到反映负载电流基波分量的，分别将id、iq 与作差得到反映谐波的有功、无功分量idhrm、iqhrm。将W上的idhrm、iqhrm和i巧行组 合，即可形成具有实际意义的立种电流，分别是：（1)idbm+iqhtm，为负载中谐波；似iq，为负 载中无功电流分量；（3)iq+idhfm，为负载中的无功和谐波。
[0107] 所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置的控制方法包括对功率模 块和全桥模块分别进行控制，功率模块的控制包括对功率模块的电容均压控制和基于前馈 解禪的电压电流双闭环控制，全桥模块的控制包括对全桥模块电容电压均衡和整个无功补 偿装置的环流的抑制。
[0108] 所述功率模块的电容均压控制包括相间电压平衡控制和独立电压平衡控制，所述 相间电压平衡控制为：电压外环是使每相2N个功率模块电容电压的平均值6。与功率模块 电容电压的给定值UfW作差，经PI调节后与该相的环流作差，经电流环比例调节后作为平 均电压控制的指令信号，定义为Ua，，所述反与环流的表达式分别为：
[0111] 独立电容电压平衡控制如图5所示，检测每相上、下桥臂的模块电容电压将 其与模块电容电压的给定值Uw相比较，经比例调节，再与相应的桥臂电流相乘，由于桥 臂电流对于模块电容的充放电是有影响的，需增加符号函数加W修正：当该相上桥臂电流 ip〉〇时，符号函数为正，取1;当ip<〇时，符号函数为负，取-1。下桥臂与上桥臂类似，最终 得到每相上、下桥臂独立电压平衡控制的指令Uw,和U。
[0112]STATCOM系统的电流控制方法可分直接和间接控制两类。直接控制是直接对换流 器的输出电流进行控制，主要有滞环控制和S角波比较控制；间接控制是将STATCOM等效 为一个可控的交流电压源，通过调节换流器输出电压的幅值和相位来间接控制输出电流。 经比较发现，直接电流控制要想达到理想的控制效果，就需很高的开关频率，造成开关损耗 增大，因此不适于在大功率变流系统中应用，因此本实用新型采用基于前馈解禪的间接电 流控制方法。
[0113] 通过对系统的等效电路分析，将整个变流器的损耗等效为固定电阻R，连接电抗器 及线路电感等效为电感以换流器输出电压为多电平阶梯波，谐波含量小，故可忽略谐波而 只考虑其基波分量；认为系统=相对称，交流输出电压与电容电压成线性关系。对于星形接 法，在油C坐标系下，由基尔霍夫电压电流定律可得：
(20)
[0115] 直流侧电容瞬时功率为
STATCOM直流与交流两侧能量守 恒关系，可得到：
(21)
[0117]式中N为直流侧总的电容数目，又由于i。、ib、i。是STATCOM某时刻发出的电流，Vsa,Vsb,Vse为某时刻电网电压值，Vea，Veb,Vee为STATCOM某时刻发出电压值，C为电容值，Udc 为电容上的电压，且： (21) (23)
[0120]由（20)至似）得在油C坐标下，计算出STATCOM的数学模型为：
(24)
[0122] 引入dq变换，式（24)在旋转坐标系下变为：
做）
[0124]式中，Vsd, Vsq, Vcd, Vcq分别为电网电压和STATCOM输出电压的dq分量，id，iq为STATCOM输出电流的dq分量。由于Us与d轴重合，因此有下式成立：
(26)
[012引其中：5为STATCOM输出电压与电网电压的相位差，M为调制比，Us为电网电压。选 择控制量为STATCOM的输出电压的dq轴分量Vtd和V。。，由于
V。。)，通过对M和5的控制就会改变STATCOM与电网的功率交换，从而补偿系统无功。根据 式剧）可W得到STATCOM输出电压Vcd,Vcq的表达式：
仍）
[012引根据式（27)得到有功、无功电流控制框图如图10所示。可W明显看出，STATCOM系统是一个典型的禪合系统，id，iq通过电抗器禪合，STATCOM输出电压的变化会影响到输 出电流的变化，并且dq轴相互影响，不利于控制。通过采取一定措施对dq轴解禪，可W使 得控制更为简单，电流变换到dq轴后成为直流量，通过传统线性PI调节即可实现无静差调 节。
[0129] 前馈解禪控制策略如下，引入中间变量Xi，X2:
[0130] 狡教乂2二Vsg - V巧[0131]由（27)和（28)可得：
锁） 巧0)
[0134] 其中，Ki、Kz为比例系数，T1，Tz为积分系数，id和iq分别为MMC换流