器输出的dq 坐标轴的电流分量，i/和i。"^^别为负载中的有功电流分量和无功电流分量的给定值；
[0135] 如图11所示，通过运种变换将dq轴的电流设计成两个PI控制器，其输出就是中 间变量Xi，而，运样就可实现dq轴电流的解禪控制。
[0136] 所述电压电流双闭环控制如图12所示，STATCOM系统由电压外环和电流内环构 成，其中，电压外环是控制直流侧的电容电压，使其保持恒值，给定直流电压Uw与换流器直 流侧电容电压进行比较，经电压PI调节，其输出作为有功电流给定值i/，负载电流经坐标 变换、取反处理得到无功电流给定值1。"^将变换器输出的^相电流i。,。经坐标变换得到id 和iq，与i/、1。进行比较，经电流环PI调节，得到期望的输出电压Ved、V。。;对Ved、V。巧行坐 标逆变换得到静止坐标系下的=相调制波，与载波移相控制器产生的=角载波比较后得到 PWM控制信号，经功放驱动MMC模块内相应的功率开关管，从而控制STATCOM输出电压的幅 值和相位，达到补偿无功的目的。
[0137]所述全桥模块电容电压均衡过程包括：每一相上、下桥臂全桥模块电容电压的给 定值Vh,W与全桥模块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，将生成的全桥模块电压给定值Vf,Uf与=角载波比较后得到PWM波，其中，r= P，N，驱动全桥模块中相应的功率开关管，对全桥模块的电容进行充放电控制，实现全桥模 块电容电压的均衡；
[0138] 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i。^,W=id。/%得到的结果通过一个比例控制器形成一个全桥模块的电压调整 信号，将运个电压调整信号平均分成2份，分别加在该相上、下桥臂全桥模块的电压信号 上。
[0139] 本实用新型通过主程序、捕获中断子程序W及Tl周期中断子程序的设计来实现 主控制器DSP的程序设计。
[0140]STATCOM系统软件的整体规划是通过主程序设计来完成的，其主要对DSP系统的 工作环境进行配置、系统中相关变量的初始化、各中断的初始化、判断是否开启中断子程序 等，接着进入接收和发送数据的循环中，同时等待中断事件的发生。当中断被开启，暂时停 止主循环，进入到相应的中断服务子程序中进行各种运算和配置PWM控制信号。当中断完 成后，返回主循环，继续等待下一次中断的发生。主程序流程图如图18所示。
[0141] 捕获中断子程序的设计是为了实现数字锁相环，W检测电网的频率。捕获中断子 程序的开启则是通过a相电压信号的过零点产生的上升沿进行触发。值得注意的是电网的 频率并不是一成不变的50化，而是在一个小范围内波动，因此需要进行一个限定判断，具体 的实现方法如图19所示。
[0142] Tl中断子程序的流程图如图20所示，在该子程序里要完成电压电流的采样、桥臂 电流极性的判断、与FPGA的通讯、子模块电压保护、有功无功的计算W及S相调制波的计 算等，DSP模块的主要算法都在该子程序中完成。
[0143] 验证过程：
[0144] 为验证系统无功补偿效果，图21是电网补偿之前A相电压、电流波形，可W看出， 补偿前电流明显滞后于电压；图22是补偿之后A相电压和电流波形，相电压、电流相位一 致。可见，本实用新型对无功有很好的补偿效果。
[0145] 为验证子模块电容电压均衡效果，a相上、下桥臂中半桥子模块的电容电压如图 25所示，可W看到，上、下桥臂子模块电容电压基本稳定在1000V，波动在IOV左右。可见， 本实用新型具有较好的子模块均压能力。
[0146] 为验证系统对环流的抑制能力，图26给出了采用环流抑制器前后S相环流波形， 图27为采用环流抑制器后的=相环流波形，可W看出=相环流得到了有效抑制。可见，本 实用新型具有较好的抑制环流能力。
【主权项】
1. 基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，包括三相交流电源、阻感负载、 换流器、控制电路、信号检测电路和驱动电路，所述换流器包括三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，其特征在于：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，换流器三个桥臂的中点通过导线并联接在三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三相交流电源的输出端、阻感负载的输入端、换流器的输出端、换 流器三个桥臂、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换流器建立连接。2. 根据权利要求1所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，其特征在 于：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)、第三比较器（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)、第三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)和第三比较器（5)依次串联后接入第一坐标变换器，第四比较 器（7)、第三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)的输出端连接第三比较器（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)。3. 根据权利要求2所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，其特征在 于：所述第二控制单元包括第六比较器（13)、第七比较器（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)、第七比较器（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。4. 根据权利要求2所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，其特征在 于：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。5. 根据权利要求1所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，其特征在 于：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)和光耦（24)，电压传感器（22)的输入端连接 三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)的输出端通过光耦（24)后接入DSP模块。6. 根据权利要求1所述基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，其特征在 于：所述驱动电路包括电平转换电路和驱动芯片，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芯片，驱动芯片的输出端为驱动电路的输出端。
【专利摘要】基于新型模块化多电平拓扑结构的无功补偿装置，它涉及一种高压、大功率无功补偿装置。本实用新型的目的是为了解决现有技术在高压大功率领域补偿受限以及对环流的抑制能力不足的问题。本实用新型包括三相交流电源、阻感负载、MMC换流器、信号检测电路、控制电路和驱动电路，MMC换流器包括三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，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，换流器三个桥臂的中点通过导线并联接在三相交流电源和负载之间。本实用新型不但能补偿电网无功，解决系统三相不平衡问题，还有支撑电网电压、抑制环流的作用。
【IPC分类】H02J3/18
【公开号】CN204992594
【申请号】CN201520492743
【发明人】高晗璎, 李妍美, 魏巍, 王海瑞, 李伟力
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月9日