專利名稱：基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，屬于電能質(zhì)量管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
SVG技術(shù)是最新的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)，它采用新一代電力電子元器件，采用AC/DC/AC的方式，加配置的移相變壓器，和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的計(jì)算、控制和補(bǔ)償， 裝置具有輸出諧波含量低，響應(yīng)速度快、可靠性高的特點(diǎn)，完全不同于傳統(tǒng)的固定式電容器補(bǔ)償及采用晶閘管控制的SVC補(bǔ)償裝置。相對(duì)于SVC技術(shù)，具有遏制電網(wǎng)擾動(dòng)能力大、響應(yīng)速度快、占地面積小、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，但是目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行業(yè)績(jī)很少、投資較高，而且在高電壓等級(jí)上，SVG技術(shù)還不夠成熟。多電平逆變技術(shù)近年來以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在大功率、高電壓應(yīng)用場(chǎng)合受到廣泛的關(guān)注和研究。對(duì)于η電平的逆變器，每個(gè)功率器件承受的電壓僅為母線電壓的1/(η-1)，實(shí)現(xiàn)了用低壓器件來實(shí)現(xiàn)高壓大功率輸出，對(duì)改善諧波性能，減少波形畸變起到了積極的作用；多電平的du/dt的減小對(duì)電機(jī)絕緣十分有利，防止了電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣擊穿，其輸出無需變壓器，大大減小了系統(tǒng)的體積和損耗，此外，多電平逆變技術(shù)還具備共模電壓小、電磁干擾小、系統(tǒng)效率高等特點(diǎn)，因此在高電壓大功率的變頻調(diào)速、靜止無功補(bǔ)償、電力有源濾波器裝置、高壓直流輸電等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，采用三相三電平逆變技術(shù)，降低了電力電子元器件所承受的最大電壓，可最優(yōu)化選擇輸出狀態(tài)，應(yīng)用于高壓無功補(bǔ)償裝置。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于，所述高壓無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒òㄊ紫?，通過檢測(cè)得到系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o功電流；第二，通過電流滯環(huán)控制器得到的信號(hào)值記為當(dāng)前狀態(tài)；第三，分別計(jì)算和記錄三電平逆變電路的27個(gè)逆變器電壓矢量作用后系統(tǒng)的無功變化情況；第四，將系統(tǒng)的無功變化情況和滯環(huán)控制器得到的結(jié)果相比較，在27個(gè)逆變器電壓矢量中選取適用的逆變器電壓矢量，進(jìn)行控制。所述的步驟四中，如果有多個(gè)逆變器電壓矢量滿足，選取最優(yōu)作用矢量。所述的選取最優(yōu)作用矢量的判定方法為根據(jù)直接控制性質(zhì)的最優(yōu)準(zhǔn)則選取，選擇最接近電網(wǎng)電壓微量的逆變器電壓矢量。本發(fā)明的有益效果是采用三電平的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能有效的降低開關(guān)元器件需要承受的電壓等級(jí)，使其可以應(yīng)用于更高的電壓等級(jí)場(chǎng)合。使用多電壓矢量控制，大大改善了輸出電壓波形，在滿足相應(yīng)無功功率補(bǔ)償?shù)那疤嵯拢苡行У慕档烷_關(guān)頻率，減少IGBT元件的關(guān)斷損耗，工作穩(wěn)定且可靠性高。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)在高電壓等級(jí)下無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)越性。


圖I是本發(fā)明中基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償裝置電壓矢量圖；圖3是本發(fā)明中基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償裝置無功功率不變化軌跡；
其中C1、C2電容 T1-T12、開關(guān) D1-D18、二極管 L1-L3、電感。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所示，為本發(fā)明中基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，開關(guān)Tl和T4相當(dāng)于二電平電路中的上下互補(bǔ)開關(guān)管，而開關(guān)T2、T3與二極管D2、D3構(gòu)成中點(diǎn)箝位電路。交流側(cè)仍然與二電平相同，直流側(cè)由2個(gè)電容Cl、C2相連，其連結(jié)中點(diǎn)與二極管D5、D6中點(diǎn)相連，中點(diǎn)電位Vm。三電平高壓無功補(bǔ)償裝置的工作原理在于通過開關(guān)(IGBT)開斷的變化使得交流側(cè)線電流可控，根據(jù)需求輸出相應(yīng)的無功功率。三相分別通過電感L1-L3連接電網(wǎng)U、V、W相。如圖2所示，為本發(fā)明中基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償裝置電壓矢量圖，三電平逆變器的相電壓輸出分為3種狀態(tài)P、O、N。以單相為例，當(dāng)開關(guān)Tl和T2導(dǎo)通，開關(guān)T3和T4關(guān)斷時(shí)，U相輸出端接到直流母線的正端P，當(dāng)定義O點(diǎn)為參考地時(shí)，此時(shí)U相輸出電壓為Vcdl，稱之為輸出正電壓(P狀態(tài))；當(dāng)了2和T3導(dǎo)通，Tl和T4關(guān)斷時(shí)，U相輸出電壓為零，稱之為輸出零電壓(O狀態(tài))；當(dāng)13和T4導(dǎo)通，Tl和T2關(guān)斷時(shí)，U相輸出電壓為-Vcd2，稱之為輸出負(fù)電壓(N狀態(tài))。和二電平的8種工作狀態(tài)相比，三相三電平電路可能存在27種工作狀態(tài)，因此開關(guān)表的設(shè)定比較復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)難度較大，通過滯環(huán)控制器得到的信號(hào)值記為當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)分別計(jì)算27個(gè)逆變器電壓矢量作用后，系統(tǒng)的有功無功和中點(diǎn)電壓變化情況，和滯環(huán)控制器得到的結(jié)果相比較，在這其中選取適用的逆變器電壓矢量，如果有多個(gè)矢量滿足，可以通過設(shè)定一通用的判定方法加以解決，在27個(gè)逆變器電壓矢量中選取最優(yōu)作用矢量。此通用的判定算法在交流電源電壓向量的角度和大小變化時(shí)同樣適用。由于Aqi=-A iq，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說，dq=0的條件是電壓矢量在q軸(即Vi的正交軸)上的投影為零，即Vi與所選定的電壓向量有相同的角度。因此，α-β平面被分為2個(gè)部分一部分是無功功率增長(zhǎng)，另一部分是無功功率減少。這2個(gè)部分是由選出的電壓矢量定義的正負(fù)2個(gè)半平面。所以，如果電網(wǎng)電壓Vi在某個(gè)電壓矢量確定的正半平面內(nèi)，那么選擇這個(gè)電壓矢量會(huì)產(chǎn)生和增加無功功率；反之，無功功率會(huì)減少。逆變器電壓向量V2的無功不變化的軌跡如附圖3虛線所示。電網(wǎng)電壓Vi在電壓向量V2的負(fù)半平面內(nèi)，選擇V2無功功率將減少。對(duì)于一電網(wǎng)電壓向量Vi，用與二電平相同的方法，得到滯環(huán)輸出信號(hào)Sp2。以及Sq2。，同時(shí)分別計(jì)算27個(gè)電壓矢量作用后判斷其使有功無功或增長(zhǎng)或減少，和滯環(huán)輸出信號(hào)比較，選擇合適的電壓矢量，繼而控制各個(gè)IGBT的開斷，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行。以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不 脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。綜上所述，本發(fā)明基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償技術(shù)，采用三電平的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能有效的降低開關(guān)元器件需要承受的電壓等級(jí)，使其可以應(yīng)用于更高的電壓等級(jí)場(chǎng)合。使用多電壓矢量控制，大大改善了輸出電壓波形，在滿足相應(yīng)無功功率補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，能有效的降低開關(guān)頻率，減少IGBT元件的關(guān)斷損耗，工作穩(wěn)定且可靠性高。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)在高電壓等級(jí)下無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于所述高壓無功補(bǔ)償?shù)目刂品椒ò? 首先，通過檢測(cè)得到系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o功電流； 第二，通過電流滯環(huán)控制器得到的信號(hào)值記為當(dāng)前狀態(tài)； 第三，分別計(jì)算和記錄三電平逆變電路的27個(gè)逆變器電壓矢量作用后系統(tǒng)的無功變化情況； 第四，將系統(tǒng)的無功變化情況和滯環(huán)控制器得到的結(jié)果相比較，在27個(gè)逆變器電壓矢量中選取適用的逆變器電壓矢量，進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于所述的步驟四中，如果有多個(gè)逆變器電壓矢量滿足，選取最優(yōu)作用矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，其特征在于所述的選取最優(yōu)作用矢量的判定方法為根據(jù)直接控制性質(zhì)的最優(yōu)準(zhǔn)則選取，選擇最接近電網(wǎng)電壓微量的逆變器電壓矢量。
全文摘要
一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，屬于電能質(zhì)量管理領(lǐng)域。本發(fā)明公開了一種基于三電平逆變技術(shù)的高壓無功補(bǔ)償控制方法，包括通過檢測(cè)得到系統(tǒng)需要補(bǔ)償?shù)臒o功電流，通過電流滯環(huán)控制器得到的信號(hào)值記為當(dāng)前狀態(tài)，分別計(jì)算27個(gè)逆變器電壓矢量作用后，系統(tǒng)的無功變化情況和滯環(huán)控制器得到的結(jié)果相比較，在這其中選取適用的逆變器電壓矢量，此外，如有多個(gè)矢量滿足，設(shè)定了一通用的判定方法加以解決，在27個(gè)逆變器電壓矢量中選取最優(yōu)作用矢量。本發(fā)明采用三相三電平逆變技術(shù)，降低了電力電子元器件所承受的最大電壓，可應(yīng)用于高壓無功補(bǔ)償裝置。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102904261SQ20121035855
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者解大, 宋元鋒, 王斯斯, 張延遲, 周長(zhǎng)金, 莊俊鵬, 張玉濤, 王雷, 劉林泉, 何偉, 荊延飛 申請(qǐng)人:山東錦華電力設(shè)備有限公司