專利名稱：單相變壓器四重化igbt型動態(tài)無功補償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，具體地說，是一種單相變壓器四重化IGBT(絕緣柵極雙向晶體管)型動態(tài)無功補償器。
背景技術(shù)：
目前，絕大多數(shù)的基于變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器設(shè)備或多逆變單元串聯(lián)、并聯(lián)工作方式的靜止式動態(tài)無功補償器，大都采用可控晶閘管(GTO)或可控硅(SCR)等大功率換流元件，作為靜止式動態(tài)無功補償設(shè)備主逆變單元的開關(guān)換流元件。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，劉文華、陳建業(yè)、王仲鴻等發(fā)表的“采用GTO的新型靜止無功發(fā)生器”(《電力系統(tǒng)自動化》，21(3)，1997年03期，pp.24-32)，但是由大功率換流元件構(gòu)成的STATCOM裝置(靜止式動態(tài)無功補償裝置)存在以下兩種缺陷(1)由于GTO和SCR開通、關(guān)斷頻率較低(一般小于1KHz)，因而由上述兩種功率元件構(gòu)成的STATCOM輸出諧波較為嚴(yán)重，給電力系統(tǒng)電網(wǎng)帶來諧波污染，為了解決該問題一般在STATCOM的設(shè)計中往往采用變壓器多重化(往往需要9重以上)的措施。但是單相曲折變壓器高級數(shù)的多重化措施帶來了整個STATCOM設(shè)備重量、體積、成本和負(fù)責(zé)性的大幅增加，對于STATCOM設(shè)備的推廣即為不利。(2)由于GTO和SCR開通、關(guān)斷和導(dǎo)通損耗較大，導(dǎo)致STATCOM設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率較低，STATCOM設(shè)備的熱損耗較大，通常需要水冷卻系統(tǒng)，這將大幅增加STATCOM設(shè)備的設(shè)計成本和設(shè)備制造的復(fù)雜性。上述兩種缺陷都限制了STATCOM裝置的推廣使用，并且它們都會導(dǎo)致STATCOM裝置因諧波、過熱等問題而不能穩(wěn)定運行，甚至導(dǎo)致STATCOM裝置發(fā)生故障而退出運行發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，使其完全實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的輸、配電系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)無功補償目的，有利于STATCOM裝置的穩(wěn)定運行和推廣使用。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、逆變設(shè)備部分和數(shù)字控制部分，逆變設(shè)備部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分串聯(lián)，數(shù)字控制部分采集ABC三相輸出電流和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的ABC三相交流電壓，完成相關(guān)運算后，向逆變設(shè)備部分發(fā)送各種控制信號，以實現(xiàn)對逆變設(shè)備部分各種運行操作的控制和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的合閘并網(wǎng)或斷閘脫網(wǎng)操作，數(shù)字控制部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、數(shù)字控制部分與逆變設(shè)備部分均只發(fā)生信號上的傳輸；所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分一方面提供并網(wǎng)運行條件，另一方面實現(xiàn)輸出電壓高頻諧波濾除，同時起到STATCOM裝置輸出短路限流保護(hù)的作用；所述的逆變設(shè)備部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器輸出電壓矢量迭加的形成，并通過并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分與電力系統(tǒng)作用產(chǎn)生所需求的無功功率；所述的數(shù)字控制部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器的輸出電壓、電流和逆變設(shè)備部分直流側(cè)電壓采集、計算，并根據(jù)計算結(jié)果，產(chǎn)生逆變設(shè)備部分所需要的脈寬調(diào)制(PWM)信號，控制逆變設(shè)備部分把這些脈寬調(diào)制信號功率放大，并相互迭加后與系統(tǒng)電源相互作用，最終形成本發(fā)明需求的輸出電壓波形和系統(tǒng)需求的動態(tài)無功電流控制功能。
所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分包括A相單相中頻濾波電抗器、B相單相中頻濾波電抗器和C相單相中頻濾波電抗器，逆變設(shè)備部分A相輸出端口經(jīng)A相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)A相電源，逆變設(shè)備部分B相輸出端口經(jīng)B相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)B相電源，逆變設(shè)備部分C相輸出端口經(jīng)C相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)C相電源。所述的單相中頻濾波電抗器的參數(shù)范圍為1mH～5mH。
所述的逆變設(shè)備部分包括12個單相中頻變壓器、12個IGBT(絕緣柵雙極晶體管)型單相逆變?nèi)珮蚝椭绷麟妷褐坞娊怆娙荩?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻闹绷鱾?cè)統(tǒng)一聯(lián)結(jié)在一起，并與直流電壓支撐電解電容并聯(lián)，12個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻慕涣鬏敵鰝?cè)分別與12個單相中頻變壓器的一次側(cè)采用并聯(lián)方式連接，而該12個單相中頻變壓器的二次側(cè)輸出電壓采用串聯(lián)移相矢量迭加的方式形成多重化的輸出電壓。所述的直流電壓支撐電解電容是容量要求達(dá)到2200uF以上，電壓要求達(dá)到500VDC以上的電解電容。
所述的逆變設(shè)備部分的三相輸出端與三個單相中頻電抗器的濾波相連接，以達(dá)到并網(wǎng)運行的目的。
所述的12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蚴遣捎每煞€(wěn)定運行在20kHz開關(guān)頻率和導(dǎo)通壓降小于1V的IGBT構(gòu)成的12個單相逆變?nèi)珮?。所述?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮驅(qū)崿F(xiàn)了各單相逆變單元需求的直流電壓調(diào)制輸出交流方波，這些交流方波在相位上存在差異，即如果是屬于A相的4單相逆變?nèi)珮虻闹绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在相位上與電網(wǎng)A相電壓保持一致，但是該4個交流方波按照排列順序依次向后滯后15弧度(20弧度也可)；其它兩個相位的單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波的相位關(guān)系的安排方法可參考A相單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波的相位關(guān)系推得。
所述的12個單相中頻變壓器一方面實現(xiàn)了電網(wǎng)電源和12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛟陔姎馍系酶綦x作用，另一方面實現(xiàn)了對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在單相中頻變壓器二次側(cè)變比輸出作用，而這12個單相中頻變壓器二次側(cè)輸出電壓波形與對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在波形和相位上一致，只是在幅值上單相中頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的變比有k倍的關(guān)系。
所述的直流電壓支撐電解電容起到12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐和防止直流側(cè)電壓大幅波動的作用，同時該直流電壓支撐電解電容容量的大小對于本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度和輸出電壓質(zhì)量具有重要影響，具體而言其容量越大，本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度越慢，而輸出電壓質(zhì)量越好；反之其容量越小，本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度越快，而輸出電壓質(zhì)量越差。
所述的數(shù)字控制部分包括過零信號檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控制器系統(tǒng)、顯示輸入控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制信號生成器和IGBT驅(qū)動系統(tǒng)，過零信號檢測系統(tǒng)在每一個電網(wǎng)過零信號到來時向主控制器系統(tǒng)和脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送過零中斷信號和過零邏輯信號，主控制器系統(tǒng)在接收到過零中斷信號后首先讀取由脈寬調(diào)制信號生成器反饋回來的靜止式動態(tài)無功補償裝置故障狀態(tài)字，然后向脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送相應(yīng)的控制參數(shù)輸出功角δ、單相全橋輸出脈沖寬度θ和故障狀態(tài)控制字，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置輸出控制功能，與此同時主控制器系統(tǒng)讀取顯示輸入控制系統(tǒng)發(fā)送過來的控制指令判斷此時靜止式動態(tài)無功補償裝置的運行狀態(tài)，并向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集啟動信號，以完成數(shù)據(jù)采集功能，脈寬調(diào)制信號生成器在接收到控制參數(shù)后，首先讀取由IGBT驅(qū)動系統(tǒng)反饋回來的關(guān)于逆變設(shè)備部分故障狀態(tài)字，并形成逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虻倪壿嬺?qū)動信號(導(dǎo)通+5VDC/關(guān)斷OVDC)，同時將這些邏輯驅(qū)動信號向IGBT驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送；IGBT驅(qū)動系統(tǒng)在接收到這些邏輯驅(qū)動信號后，將生成相應(yīng)的IGBT驅(qū)動信號(導(dǎo)通+15VDC/關(guān)斷-8VDC)，并向逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虬l(fā)送IGBT驅(qū)動信號，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置逆變輸出的功能。
本發(fā)明是通過數(shù)字控制部分的數(shù)值和邏輯運算實現(xiàn)的，而逆變設(shè)備部分和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分是本發(fā)明原理實現(xiàn)的載體。其工作過程和原理如下首先由過零信號檢測系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)電壓相應(yīng)的過零點信號，同時，過零信號檢測系統(tǒng)根據(jù)該信號向主控制器系統(tǒng)和脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)出過零中斷請求信號和過零邏輯信號，在每一個工頻周期(50Hz/20ms)里都有6次平均分布的過零中斷請求信號；當(dāng)主控制器響應(yīng)每一個過零中斷請求后，主控制器進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在該中斷服務(wù)程序中主控制器首先讀取、判斷脈寬調(diào)制信號生成器反饋回來的逆變系統(tǒng)的故障狀態(tài)，如果STATCOM裝置有故障則主控制器進(jìn)入故障停機狀態(tài)并燈光報警，如果STATCOM裝置一切正常，則主控制器向脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送上一控制周期(T/n)已計算好的控制量——主要是STATCOM裝置的輸出功角δ，單相全橋輸出脈沖寬度θ和故障狀態(tài)控制字等控制量，然后主控制器讀取數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)關(guān)于STATCOM裝置并網(wǎng)電壓US、輸出電流I的瞬時值和顯示輸入控制系統(tǒng)提供的人工調(diào)節(jié)參數(shù)——無功功率參考值Qref、電網(wǎng)線電壓額定參考值Uref和STATCOM裝置的當(dāng)前工作模式，此后主控制器計算當(dāng)前工況下STATCOM裝置輸出無功功率Q的大小，US、I的有效值以及在下一個控制周期里需要向脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送的δ、θ等控制量的值，此后主控制器跳出中斷服務(wù)程序，進(jìn)入循環(huán)等待程序中，在該循環(huán)等待程序中主控制器循環(huán)等待下一個過零中斷信號的到來，并且此時主控制器始終監(jiān)視STATCOM裝置的故障狀態(tài)字，一旦檢測到故障狀態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入故障停機狀態(tài)并燈光報警。當(dāng)主控制器把控制量δ、θ等發(fā)送到脈寬調(diào)制信號生成器后，脈寬調(diào)制信號生成器立即生成各個單相全橋逆變單元相對應(yīng)的導(dǎo)通角ωon和關(guān)斷角ωoff，此后該脈寬調(diào)制信號生成器根據(jù)過零信號開始計數(shù)，當(dāng)?shù)趈個單相全橋?qū)ń铅豲n(j)或關(guān)斷角ωoff(j)與該計數(shù)值相等時該第n個單相全橋就受IGBT驅(qū)動系統(tǒng)控制導(dǎo)通或關(guān)斷；在這一過程中脈寬調(diào)制信號生成器始終監(jiān)測由IGBT驅(qū)動系統(tǒng)反饋回來的STATCOM裝置的故障狀態(tài)字，并把該故障狀態(tài)字反饋給主控制器，若脈寬調(diào)制信號生成器根據(jù)該故障狀態(tài)字判斷出STATCOM裝置處于故障狀態(tài)，脈寬調(diào)制信號生成器將全面封鎖發(fā)送給IGBT驅(qū)動系統(tǒng)的觸發(fā)信號，此時STATCOM裝置將處于停機狀態(tài)，直到由主控制器發(fā)送故障解除信號為止。當(dāng)IGBT邏輯驅(qū)動信號發(fā)送到IGBT驅(qū)動系統(tǒng)后，該邏輯驅(qū)動信號將經(jīng)IGBT驅(qū)動電路的功率放大作用，形成+15VDC/-8VDC的IGBT驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號將直接施加到逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虻腎GBT，此時各單相逆變單相全橋?qū)⒏鶕?jù)驅(qū)動信號逆變形成對應(yīng)的大功率方波信號(頻率50Hz，幅值Vdc)，該大功率方波信號經(jīng)一個單相中頻隔離變壓器(1∶k)耦合后，在該單相中頻隔離變壓器的二次側(cè)形成低壓大功率方波信號(頻率50Hz，幅值Vdc/k)。由于本發(fā)明的逆變設(shè)備部分各單相中頻隔離變壓器的二次側(cè)可采用多種串、并聯(lián)方式(根據(jù)設(shè)備應(yīng)用需求情況，可以實現(xiàn)多種組合)，所以逆變設(shè)備部分的輸出電壓波形，將由多個不同相位的低壓大功率方波波形迭加而成，最終形成接近正弦波形的多電平PWM輸出電壓波形，為了進(jìn)一步降低輸出電壓波形中高頻諧波含量，由逆變設(shè)備部分各單相中頻隔離變壓器的二次側(cè)迭加形成的三相輸出端口將使用三個單相中頻濾波電抗器來實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償器的并網(wǎng)運行。
對于為了降低輸出電壓、電流中較高的諧波成分，而采用高級數(shù)的多重化結(jié)構(gòu)STATCOM，并導(dǎo)致STATCOM設(shè)備設(shè)計成本和制造復(fù)雜性大幅增加的缺陷，本發(fā)明中采用了可穩(wěn)定運行在20kHz開關(guān)頻率的IGBT作為逆變單元的開關(guān)換流元件，因而STATCOM裝置逆變設(shè)備部分的單相逆變?nèi)珮虻拈_關(guān)頻率較高，一般可以達(dá)到20KHz，從而使得STATCOM的輸出電壓可以采用SPWM(正弦脈寬調(diào)制)或SHE-PWM(選擇性諧波消除的脈寬調(diào)制)等PWM控制方式，所以每一單相逆變?nèi)珮虻妮敵鲭妷翰ㄐ位兟瘦^低(＜5％)。為了進(jìn)一步提高STATCOM裝置的輸出電壓等級和進(jìn)一步降低STATCOM裝置輸出電壓、電流的畸變率，本發(fā)明采用了單相曲折變壓器低級數(shù)多重化(一般少于6重)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得STATCOM裝置保持較低的設(shè)計成本和體積的同時，大大降低了裝置輸出電壓和電流的畸變率——本發(fā)明的輸出電壓和電流的總畸變率＜5％(THD)。
對于由于GTO和SCR開關(guān)和導(dǎo)通熱損耗較大，致使STATCOM設(shè)備的自身發(fā)熱量較大，因此STATCOM的冷卻方式必須采用水冷卻系統(tǒng)，這將導(dǎo)致STATCOM設(shè)備的設(shè)計成本和制造復(fù)雜性大幅增加等缺陷，本發(fā)明采用低導(dǎo)通壓降(一般導(dǎo)通壓降小于2V)和軟穿透的開關(guān)換流元件IGBT和IGBT無源吸收回路，以確保IGBT在開通、關(guān)斷和正常導(dǎo)通期間功率損耗較小，從而大大提高STATCOM的電能轉(zhuǎn)換效率——本發(fā)明裝置可達(dá)到97％以上。因此本裝置主要采用強迫風(fēng)冷的方式，作為裝置的冷卻方式，這樣大大減小了STATCOM裝置的設(shè)計成本和設(shè)備制造的復(fù)雜性。
本發(fā)明實現(xiàn)恒無功功率輸出工作模式和恒電壓工作模式，自動跟蹤電力系統(tǒng)電壓幅值變化，平滑或階躍調(diào)節(jié)其輸出無功功率的大小，對電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定和動態(tài)電壓穩(wěn)定具有明顯的調(diào)節(jié)作用。本發(fā)明的基本組成部分配合緊湊，該STATCOM裝置可以作為靜止式動態(tài)無功補償裝置使用，同時對該裝置的控制程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模狙b置亦可作為其它配電系統(tǒng)電能質(zhì)量和供電可靠性技術(shù)(D-FACTS)設(shè)備使用，例如動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、電力有源濾波器(APF)等，因此本發(fā)明具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明四重化技術(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)原理圖。
圖2是本發(fā)明12個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是本發(fā)明輸出電壓多重化的波形迭加原理圖。
圖4是本發(fā)明輸出電壓的畸變率分析結(jié)果圖。
圖5是本發(fā)明恒無功功率、恒電壓控制模式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例圖1中A0°、A15°、A30°、A45°分別為A相各個單相全橋。
BO°、B15°、B30°、B45°分別為B相各個單相全橋。
C0°、C15°、C30°、C45°分別為A相各個單相全橋。
VA0、VA15、VA30、VA45分別為A相各個逆變?nèi)珮蛳鄬?yīng)的輸出電壓，它們分別滯后15°，其它相依次類推。
VAB、VBC、VCA分別為STATCOM裝置的輸出線電壓，它們分別由六個中頻變壓器二次側(cè)輸出交流方波的矢量迭加而成，具體表達(dá)式如下V·AB=V·A0+V·A15+V·A30+V·A45-V·B30-V·B45]]>V·BC=V·B0+V·B15+V·B30+V·B45-V·C30-V·C45]]>V·CA=V·C0+V·C15+V·C30+V·C45-V·A30-V·A45]]>US為電力系統(tǒng)相電壓，即A相系統(tǒng)電壓Ua，B相系統(tǒng)電壓Ub，C相系統(tǒng)電壓Ua。
U1為STATCOM裝置的輸出相電壓。
i1為STATCOM裝置的輸出電流，即A相輸出電流ia，B相輸出電流ib，C相輸出電流ic。
L為STATCOM裝置的并網(wǎng)、濾波電抗—一般取裝置短路電抗的15％左右，其電感值為1mH-5mH。
圖2中Cdc為單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電容—一般取1000uF～10000uF/500V電解電容。
S1、S2、S3、S4為單相逆變?nèi)珮虻拈_關(guān)換流元件——導(dǎo)通壓降≤2V，開關(guān)頻率為20KHz的IGBT。
R1、R2、R3、R4為IGBT無源吸收回路的無感電阻。
C1，C2，C3，C4為IGBT無源吸收回路的突波吸收電容。
T為一次側(cè)與單相逆變?nèi)珮蜉敵龆诉B接的中頻隔離變壓器，本中頻變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)變比是1∶k。
S(δ，wt，θ，α)為逆變器的輸出電壓的開關(guān)函數(shù)。
Vdc為直流側(cè)電容電壓，一般額定電壓為350VDC，最高電壓約為450。
圖3中USa為電力系統(tǒng)A相電壓的過零信號。
θ為單相逆變?nèi)珮虻妮敵雒}沖寬度——一般為120°。
α為每一相的單相全橋相互間的滯后角——一般取15°和20°。
其它參照上述說明。
圖4中η為STATCOM裝置輸出電壓的畸變率。
圖5中Udc ref為STATCOM裝置各單相全橋逆變單元直流側(cè)電壓參考值。
Udc為STATCOM裝置各單相全橋逆變單元直流側(cè)電壓瞬時值。
Uref為STATCOM裝置并網(wǎng)點線電壓的電壓參考值。
Ua、b、c、Ia、b、c分別為STATCOM裝置并網(wǎng)點A、B、C相電壓和電流的瞬時值。
US為STATCOM裝置并網(wǎng)點線電壓瞬時有效值，計算公式是US=ua2+ub2+uc2.]]>Qref為STATCOM裝置進(jìn)行恒無功功率工作模式時，無功功率參考值。Q為STATCOM裝置輸出無功功率的瞬時值，計算公式是Q=13[(ub-uc)ia+(uc-ua)ib+(ua-ub)ic]]]>δ為STATCOM裝置的輸出電壓功角。
PU、PQ、STOP分別為STATCOM裝置的三個工作模式，PU為恒電壓控制模式；PQ為恒無功功率控制模式；STOP為人為停機模式或故障停機模式。
根據(jù)一般結(jié)構(gòu)的靜止動態(tài)無功補償器(STATCOM或ASVG)的工作原理可知，其輸出無功功率Q為Q=US2Rsin2δ---(1)]]>其中R為STATCOM裝置的等效電阻，該阻值大小表征STATCOM裝置能量轉(zhuǎn)換效率大小，一般取值較小(＜O.01Ω)；Us為STATCOM設(shè)備接入配電網(wǎng)點的線電壓；δ為STATCOM裝置相對于配電網(wǎng)的功角；Q為STATCOM裝置輸出無功功率。由于本實用新型STATCOM裝置輸出無功功率Q對功角δ變化特別敏感，功角δ的變化范圍一般為[-10°，+10°]，顯然對STATCOM裝置的功角調(diào)節(jié)要求較高的精度。
本發(fā)明包括并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、逆變設(shè)備部分和數(shù)字控制部分，逆變設(shè)備部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分串聯(lián)，數(shù)字控制部分采集ABC三相輸出電流和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的ABC三相交流電壓，完成相關(guān)運算后，向逆變設(shè)備部分發(fā)送各種控制信號，以實現(xiàn)對逆變設(shè)備部分各種運行操作的控制和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的合閘并網(wǎng)或斷閘脫網(wǎng)操作，數(shù)字控制部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、逆變設(shè)備部分均只發(fā)生信號上的傳輸；所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分一方面提供并網(wǎng)運行條件，另一方面實現(xiàn)輸出電壓高頻諧波濾除，同時起到STATCOM裝置輸出短路限流保護(hù)的作用；所述的逆變設(shè)備部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器輸出電壓矢量迭加的形成，并通過并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分與電力系統(tǒng)作用產(chǎn)生所需求的無功功率；所述的數(shù)字控制部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器的輸出電壓、電流和逆變設(shè)備部分直流側(cè)電壓采集、計算，并根據(jù)計算結(jié)果，產(chǎn)生逆變設(shè)備部分所需要的脈寬調(diào)制(PWM)信號，控制逆變設(shè)備部分把這些脈寬調(diào)制信號功率放大，并相互迭加后與系統(tǒng)電源相互作用，最終形成本發(fā)明需求的輸出電壓波形和系統(tǒng)需求的動態(tài)無功電流控制功能。
所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分包括A相單相中頻濾波電抗器、B相單相中頻濾波電抗器和C相單相中頻濾波電抗器，逆變設(shè)備部分A相輸出端口經(jīng)A相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)A相電源，逆變設(shè)備部分B相輸出端口經(jīng)B相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)B相電源，逆變設(shè)備部分C相輸出端口經(jīng)C相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)C相電源。所述的單相中頻濾波電抗器的參數(shù)范圍為1mH～5mH。
所述的逆變設(shè)備部分包括12個單相中頻變壓器、12個IGBT(絕緣柵雙極晶體管)型單相逆變?nèi)珮蚝椭绷麟妷褐坞娊怆娙荩?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻闹绷鱾?cè)統(tǒng)一聯(lián)結(jié)在一起，并與直流電壓支撐電解電容并聯(lián)，12個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻慕涣鬏敵鰝?cè)分別與12個單相中頻變壓器的一次側(cè)采用并聯(lián)方式連接，而該12個單相中頻變壓器的二次側(cè)輸出電壓采用串聯(lián)移相矢量迭加的方式形成多重化的輸出電壓。所述的直流電壓支撐電解電容是容量要求達(dá)到2200uF以上，電壓要求達(dá)到500VDC以上的電解電容。
所述的逆變設(shè)備部分的三相輸出端與三個單相中頻電抗器的濾波相連接，以達(dá)到并網(wǎng)運行的目的。
所述的12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蚴遣捎每煞€(wěn)定運行在20kHz開關(guān)頻率和導(dǎo)通壓降小于1V的IGBT構(gòu)成的12個單相逆變?nèi)珮?。所述?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮驅(qū)崿F(xiàn)了各單相逆變單元需求的直流電壓調(diào)制輸出交流方波，這些交流方波在相位上存在差異，即如果是屬于A相的4單相逆變?nèi)珮虻闹绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在相位上與電網(wǎng)A相電壓保持一致，但是該4個交流方波按照排列順序依次向后滯后15弧度(20弧度也可)；其它兩個相位的單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波的相位關(guān)系的安排方法可參考A相單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波的相位關(guān)系推得。
所述的12個單相中頻變壓器一方面實現(xiàn)了電網(wǎng)電源和12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛟陔姎馍系酶綦x作用，另一方面實現(xiàn)了對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在單相中頻變壓器二次側(cè)變比輸出作用，而這12個單相中頻變壓器二次側(cè)輸出電壓波形與對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在波形和相位上一致，只是在幅值上單相中頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的變比有k倍的關(guān)系。
所述的直流電壓支撐電解電容起到12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐和防止直流側(cè)電壓大幅波動的作用，同時該直流電壓支撐電解電容容量的大小對于本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度和輸出電壓質(zhì)量具有重要影響，具體而言其容量越大，本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度越慢，而輸出電壓質(zhì)量越好；反之其容量越小，本發(fā)明的無功動態(tài)響應(yīng)速度越快，而輸出電壓質(zhì)量越差。
所述的數(shù)字控制部分包括過零信號檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控制器系統(tǒng)、顯示輸入控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制信號生成器和IGBT驅(qū)動系統(tǒng)，過零信號檢測系統(tǒng)在每一個電網(wǎng)過零信號到來時向主控制器系統(tǒng)和脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送過零中斷信號和過零邏輯信號，主控制器系統(tǒng)在接收到過零中斷信號后首先讀取由脈寬調(diào)制信號生成器反饋回來的靜止式動態(tài)無功補償裝置故障狀態(tài)字，然后向脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送相應(yīng)的控制參數(shù)輸出功角δ、單相全橋輸出脈沖寬度θ和故障狀態(tài)控制字，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置輸出控制功能，與此同時主控制器系統(tǒng)讀取顯示輸入控制系統(tǒng)發(fā)送過來的控制指令判斷此時靜止式動態(tài)無功補償裝置的運行狀態(tài)，并向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集啟動信號，以完成數(shù)據(jù)采集功能，脈寬調(diào)制信號生成器在接收到控制參數(shù)后，首先讀取由IGBT驅(qū)動系統(tǒng)反饋回來的關(guān)于逆變設(shè)備部分故障狀態(tài)字，并形成逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虻倪壿嬺?qū)動信號(導(dǎo)通+5VDC/關(guān)斷OVDC)，同時將這些邏輯驅(qū)動信號向IGBT驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送；IGBT驅(qū)動系統(tǒng)在接收到這些邏輯驅(qū)動信號后，將生成相應(yīng)的IGBT驅(qū)動信號(導(dǎo)通+15VDC/關(guān)斷-8VDC)，并向逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虬l(fā)送IGBT驅(qū)動信號，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置逆變輸出的功能。
在本發(fā)明中要求逆變設(shè)備部分的控制時序邏輯合理緊湊，尤其是每個單相逆變?nèi)珮虻挠|發(fā)脈沖精度一般要求達(dá)到0.01°，因此本發(fā)明中主控制器系統(tǒng)采用流水線處理方式的處理器DSP--TI公司的5000系列的TMS320C5402信號處理器；脈寬調(diào)制信號生成器采用可進(jìn)行并行處理方式的邏輯處理器FPGA--ALTERA公司的ACEX1K系列的EP1K100Q204-10邏輯處理器，以保證觸發(fā)脈沖的精度。
如圖1、3所示，以單相曲折變壓器四重化結(jié)構(gòu)的IGBT型STATCOM為例說明本發(fā)明的工作原理，本發(fā)明單相曲折變壓器四重化結(jié)構(gòu)的IGBT型STATCOM的輸出電壓采用了六電平結(jié)構(gòu)的PWM波形，以AB相之間的線電壓Uab為例，結(jié)合圖1所示單相曲折變壓器四重化結(jié)構(gòu)的IGBT型STATCOM可得該線電壓Uab的表達(dá)式
U·AB=U·A0+U·A15+U·A30+U·A45-U·B30-U·B45---(2)]]>而線電壓Uab中的任一迭加分量為如圖2所示的單相逆變?nèi)珮蜉敵鲭妷簁S(δ，wt，θ，α)Vdc，而其幅值由逆變?nèi)珮虻膶?dǎo)通角θ和中頻變壓器變比k決定；其相位由ABC相相位、STATCOM設(shè)備輸出功角δ和滯后角度α共同決定。
因此，根據(jù)圖2可說明本STATCOM裝置逆變部分任一單相逆變?nèi)珮虻妮敵鲭妷盒纬傻木唧w操作方式，由圖2可知單相逆變?nèi)珮虻妮敵鲭妷旱谋磉_(dá)式為uo(δ，wt，θ，α)＝kS(δ，wt，θ，α)udc(3)其中S(δ,wt,θ,α)=Σn=1∞42πsinnθ2sin2π2sin(nwt-δ-n1·2π3-n2·α);]]>n＝1，3，5，…；當(dāng)該單相逆變?nèi)珮驗锳相時n1＝0，B相時n1＝1，C相時n1＝2；當(dāng)該單相逆變?nèi)珮驗?°時n2＝0，15 °時n2=1，30 °時n2＝2，45°時n2＝3；δ為STATCOM裝置相對于電力系統(tǒng)的輸出功角；α為各單相逆變單元的滯后角本發(fā)明中采用15°；通過對式(3)的分析，當(dāng)單相逆變?nèi)珮虻膶?dǎo)通角θ＝120°時，該輸出電壓不存在三次諧波，該措施可以有效地避免三次諧波對STATCOM裝置的不利影響。
根據(jù)圖1、圖3說明本STATCOM裝置的輸出線電壓形成的具體操作方法，根據(jù)圖1和式(2)、(3)可知STATCOM裝置輸出線電壓為U1=kUdc{Σn=1∞[(-1)n-1163nπcosα2sinnθ2sin(nwt-α2-δ)]}---(4)]]>根據(jù)式(4)可知，STATCOM裝置輸出線電壓的總畸變率η(THDTotalHarmonic Distortion)為η=Σn=3∞sin2nθ2n2sinθ2,n=3,5,7,9···---(5)]]>
所以，結(jié)合公式(5)和圖4關(guān)于輸出電壓的畸變率η與單相逆變?nèi)珮虻妮敵雒}沖寬度θ之間的函數(shù)關(guān)系，可知當(dāng)θ∈[110°，130°]時，STATCOM裝置輸出線電壓的總畸變率最小，一般小于0.3％，如果兼顧到需要消除STATCOM裝置輸出電壓中三次諧波的目的，一般取θ＝120°。因為本發(fā)明采用高速開關(guān)IGBT作為開關(guān)換流元件，因此如果此時采用SPWM或SHE-PWM控制方式，STATCOM裝置即使采用低級數(shù)(小于6重)的多重化結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的輸出電壓諧波含量都將進(jìn)一步降低。
根據(jù)圖5說明本STATCOM裝置工作模式的具體操作案例。本發(fā)明主要存在以下三種工作模式——恒無功功率工作模式、恒電壓工作模式、故障、停機模式，這三種工作模式是互鎖的，即在任意時刻STATCOM裝置只能進(jìn)行上述工作模式中的一種。以下就該三種工作模式進(jìn)行具體操作分析。
恒無功功率工作模式當(dāng)操作人員通過顯示輸入控制系統(tǒng)輸入恒無功功率工作模式后，主控制器開始執(zhí)行恒無功功率工作模式程序，該控制策略的主要流程如下主控制器首先處于循環(huán)等待狀態(tài)，當(dāng)過零中斷信號到來時主控制器響應(yīng)該中斷信號，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，主控制器首先向脈寬調(diào)制信號發(fā)生器發(fā)送控制量δ和θ，然后讀取STATCOM裝置并網(wǎng)點電壓Ua、b、c，輸出電流Ia、b、c和直流側(cè)電容電壓Udc，并從顯示輸入控制系統(tǒng)讀取無功功率參考值Qref，然后計算并網(wǎng)點線電壓有效值US及裝置輸出無功功率的瞬時值Q。根據(jù)圖5的恒無功功率控制模式(PQ模式)可知，在基于逆控制的PI控制器中，輸入量分別為Qref和ΔQ＝Qref-Q，輸出控制量分別為δref和Δδ，其中δref由圖5所示恒無功功率控制模式中逆控制系統(tǒng)所決定，即δref≈Qref·RUS2;]]>Δδ則由PI控制系統(tǒng)所決定，即Δδ＝f(Kp，Ki，ΔQ)。所以，在恒無功功率工作模式下，STATCOM裝置最終輸出功角δ＝δref+Δδ。
各單相逆變?nèi)珮虻妮敵雒}沖寬度θ，可以采用多種結(jié)構(gòu)的控制方式(例如PAM，SPWM，SHE-PWM)，本發(fā)明中采用PAM調(diào)制方式，即恒脈寬控制方式，輸出脈沖寬度θ恒為120°。
當(dāng)主控制器完成上述兩個控制量δ、θ的計算后，把這兩個控制量鎖存到各自對應(yīng)的寄存器中，以便主控制器在下一個中斷服務(wù)程序到來時，向PWM生成器發(fā)送該控制量。在完成控制量鎖存任務(wù)后，主控制器就跳出中斷服務(wù)程序，進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，直到下一個中斷請求信號到來為止。
恒電壓工作模式當(dāng)操作人員通過顯示輸入控制系統(tǒng)輸入恒電壓工作模式后，主控制器開始執(zhí)行恒電壓工作模式程序，該控制策略的主要流程如下主控制器首先處于循環(huán)等待狀態(tài)，當(dāng)過零中斷信號到來時主控制器響應(yīng)該中斷信號，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，主控制器首先向脈寬調(diào)制信號發(fā)生器發(fā)送控制量δ和θ，然后從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)讀取STATCOM裝置并網(wǎng)點電壓Ua、b、c，輸出電流Ia、b、c和直流側(cè)電容電壓Udc等參數(shù)的值，并從顯示輸入控制系統(tǒng)讀取當(dāng)前并網(wǎng)電的電壓參考值Uref，然后計算并網(wǎng)點線電壓有效值US。根據(jù)圖5的恒電壓控制模式(PU模式)可知，基于逆控制的PI控制器中，輸入量為ΔU＝Uref-US，輸出控制量分別為δref和Δδ，其中δref由圖5所示恒電壓控制模式中逆控制系統(tǒng)所決定所確定。利用電力系統(tǒng)潮流計算理論，在忽略輸電線路電阻時，輸電線上電壓大小的降落主要與無功功率有關(guān)，即Urwf-US≈QL-QUSXL---(6)]]>根據(jù)式(6)分析可得，STATCOM發(fā)出的無功功率Q＝0時，STATCOM裝置并網(wǎng)點電壓相對于電壓參考值Uref，其電壓降落為ΔUS≈QLUSXL;]]>而當(dāng)STATCOM發(fā)出的無功功率Q＝QL時，STATCOM裝置并網(wǎng)點電壓相對于電壓參考值Uref，其電壓降落為ΔUS＝0，即意味著當(dāng)STATCOM發(fā)出的無功功率Q＝QL時，STATCOM裝置并網(wǎng)點電壓US＝Uref，此時電力系統(tǒng)對負(fù)荷提供零無功功率，STATCOM設(shè)備提供負(fù)荷所需的全部無功功率為QL≈Uref·ΔUSXL.]]>結(jié)合式(1)可以得到在恒電壓控制模式下，逆控制器的輸出量δref≈QL·RUref2;]]>Δδ則由PI控制系統(tǒng)所決定，即Δδ＝f(Kp，Ki，ΔQL)。所以，在恒電壓工作模式下，STATCOM裝置最終輸出功角δ＝δref+Δδ。
各單相逆變?nèi)珮虻妮敵雒}沖寬度θ，可以采用多種結(jié)構(gòu)的控制方式(例如PAM，SPWM，SHE-PWM)，本發(fā)明中采用PAM調(diào)制方式，即恒脈寬控制方式，輸出脈沖寬度θ恒為120°。
當(dāng)主控制器完成上述兩個控制量δ、θ的計算后，把這兩個控制量鎖存到各自對應(yīng)的寄存器中，以便主控制器在下一個中斷服務(wù)程序到來時，向PWM生成器發(fā)送該控制量。在完成控制量鎖存任務(wù)后，主控制器就跳出中斷服務(wù)程序，進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，直到下一個中斷請求信號到來為止。
故障、停機模式當(dāng)操作人員通過顯示輸入控制系統(tǒng)輸入故障、停機模式工作模式后，主控制器開始執(zhí)行故障、停機模式工作模式程序，該控制策略的主要流程如下當(dāng)主控制器檢測到STATCOM裝置有故障或人工停機時，主控制器將封鎖所有逆變單元的觸發(fā)信號，并記錄故障信號字，同時通過聲光報警。當(dāng)STATCOM裝置的故障解除后，并且裝置要求重新啟動時，必須通過顯示輸入控制器輸入故障復(fù)位信號，STATCOM裝置才能重新啟動。
權(quán)利要求
1.一種單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，包括并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、逆變設(shè)備部分和數(shù)字控制部分，其特征在于，逆變設(shè)備部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分串聯(lián)，數(shù)字控制部分采集ABC三相輸出電流和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的ABC三相交流電壓，完成相關(guān)運算后，向逆變設(shè)備部分發(fā)送各種控制信號，以實現(xiàn)對逆變設(shè)備部分各種運行操作的控制和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的合閘并網(wǎng)或斷閘脫網(wǎng)操作，數(shù)字控制部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、數(shù)字控制部分與逆變設(shè)備部分均只發(fā)生信號上的傳輸；所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分一方面提供并網(wǎng)運行條件，另一方面實現(xiàn)輸出電壓高頻諧波濾除，同時起到STATCOM裝置輸出短路限流保護(hù)的作用；所述的逆變設(shè)備部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器輸出電壓矢量迭加的形成，并通過并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分與電力系統(tǒng)作用產(chǎn)生所需求的無功功率；所述的數(shù)字控制部分實現(xiàn)變壓器多重化結(jié)構(gòu)的靜止式動態(tài)無功補償器的輸出電壓、電流和逆變設(shè)備部分直流側(cè)電壓采集、計算，并根據(jù)計算結(jié)果，產(chǎn)生逆變設(shè)備部分所需要的脈寬調(diào)制信號，控制逆變設(shè)備部分把這些脈寬調(diào)制信號功率放大，并相互迭加后與系統(tǒng)電源相互作用，最終形成本發(fā)明需求的輸出電壓波形和系統(tǒng)需求的動態(tài)無功電流控制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分包括A相單相中頻濾波電抗器、B相單相中頻濾波電抗器和C相單相中頻濾波電抗器，逆變設(shè)備部分A相輸出端口經(jīng)A相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)A相電源，逆變設(shè)備部分B相輸出端口經(jīng)B相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)B相電源，逆變設(shè)備部分C相輸出端口經(jīng)C相單相中頻濾波電抗器連接到電力系統(tǒng)C相電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的單相中頻濾波電抗器的參數(shù)范圍為1mH～5mH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的逆變設(shè)備部分包括12個單相中頻變壓器、12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蚝椭绷麟妷褐坞娊怆娙荩?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻闹绷鱾?cè)統(tǒng)一聯(lián)結(jié)在一起，并與直流電壓支撐電解電容并聯(lián)，12個IGBT型單相逆變?nèi)珮虻慕涣鬏敵鰝?cè)分別與12個單相中頻變壓器的一次側(cè)采用并聯(lián)方式連接，而該12個單相中頻變壓器的二次側(cè)輸出電壓采用串聯(lián)移相矢量迭加的方式形成多重化的輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的直流電壓支撐電解電容是容量要求達(dá)到2200uF以上，電壓要求達(dá)到500VDC以上的電解電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者4所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的逆變設(shè)備部分，其三相輸出端與三個單相中頻電抗器的濾波相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蚴遣捎每煞€(wěn)定運行在20kHz開關(guān)頻率和導(dǎo)通壓降小于1V的IGBT構(gòu)成的12個單相逆變?nèi)珮颍?2個IGBT型單相逆變?nèi)珮驅(qū)崿F(xiàn)各單相逆變單元需求的直流電壓調(diào)制輸出交流方波，這些交流方波在相位上存在差異。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的12個單相中頻變壓器一方面實現(xiàn)電網(wǎng)電源和12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛟陔姎馍系酶綦x作用，另一方面實現(xiàn)對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在單相中頻變壓器二次側(cè)變比輸出作用，而這12個單相中頻變壓器二次側(cè)輸出電壓波形與對應(yīng)單相逆變?nèi)珮蛑绷麟妷赫{(diào)制輸出交流方波在波形和相位上一致，只是在幅值上單相中頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的變比有k倍的關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的直流電壓支撐電解電容起到12個IGBT型單相逆變?nèi)珮蛑绷鱾?cè)電壓支撐和防止直流側(cè)電壓大幅波動的作用，同時該直流電壓支撐電解電容容量的大小對于無功動態(tài)響應(yīng)速度和輸出電壓質(zhì)量具有重要影響，具體而言，其容量越大，無功動態(tài)響應(yīng)速度越慢，而輸出電壓質(zhì)量越好，反之其容量越小，無功動態(tài)響應(yīng)速度越快，而輸出電壓質(zhì)量越差。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器，其特征是，所述的數(shù)字控制部分包括過零信號檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控制器系統(tǒng)、顯示輸入控制系統(tǒng)、脈寬調(diào)制信號生成器和IGBT驅(qū)動系統(tǒng)，過零信號檢測系統(tǒng)在每一個電網(wǎng)過零信號到來時向主控制器系統(tǒng)和脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送過零中斷信號和過零邏輯信號，主控制器系統(tǒng)在接收到過零中斷信號后首先讀取由脈寬調(diào)制信號生成器反饋回來的靜止式動態(tài)無功補償裝置故障狀態(tài)字，然后向脈寬調(diào)制信號生成器發(fā)送相應(yīng)的控制參數(shù)，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置輸出控制功能，與此同時主控制器系統(tǒng)讀取顯示輸入控制系統(tǒng)發(fā)送過來的控制指令判斷此時靜止式動態(tài)無功補償裝置的運行狀態(tài)，并向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集啟動信號，以完成數(shù)據(jù)采集功能，脈寬調(diào)制信號生成器在接收到控制參數(shù)后，首先讀取由IGBT驅(qū)動系統(tǒng)反饋回來的關(guān)于逆變設(shè)備部分故障狀態(tài)字，并形成逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虻倪壿嬺?qū)動信號，同時將這些邏輯驅(qū)動信號向IGBT驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送，IGBT驅(qū)動系統(tǒng)在接收到這些邏輯驅(qū)動信號后，將生成相應(yīng)的IGBT驅(qū)動信號，并向逆變設(shè)備部分各單相逆變?nèi)珮虬l(fā)送IGBT驅(qū)動信號，以實現(xiàn)靜止式動態(tài)無功補償裝置逆變輸出的功能。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的單相變壓器四重化IGBT型動態(tài)無功補償器。本發(fā)明包括并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、逆變設(shè)備部分和數(shù)字控制部分，逆變設(shè)備部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分串聯(lián)，數(shù)字控制部分采集ABC三相輸出電流和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的ABC三相交流電壓，完成相關(guān)運算后，向逆變設(shè)備部分發(fā)送各種控制信號，以實現(xiàn)對逆變設(shè)備部分各種運行操作的控制和并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分的合閘并網(wǎng)或斷閘脫網(wǎng)操作，數(shù)字控制部分與并網(wǎng)結(jié)構(gòu)部分、數(shù)字控制部分與逆變設(shè)備部分均只發(fā)生信號上的傳輸。本發(fā)明完全實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的輸、配電系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)無功補償目的，有利于STATCOM裝置的穩(wěn)定運行和推廣使用。
文檔編號H02J3/38GK1738144SQ20051002931
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)明者周貴興, 姚鋼, 周荔丹, 陳陳 申請人:上海交通大學(xué)