CN107222119B - 高压svg功率单元直流电压双重控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压SVG功率单元直流电压双重控制装置及控制方法，每个功率单元由直流支撑电容、逆变桥、主控制板和直流均压电路组成；直流均压电路和直流支撑电容都与逆变桥直流端连接，所述主控制板输出端分别与直流均压电路和逆变桥IGBT连接。控制方法为：功率单元大电流运行区间，各功率单元通过主控制板叠加有功电压矢量，来平衡控制实现各功率单元有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。当功率单元小电流运行区间，主控制板通过对直流均压电路进行放电处理增加相应损耗，保证直流支撑电容电压平衡。有益效果是：不存在均压失效问题，有效解决输出零电流时软件均压失效问题，输出波形正弦度更高。

Description

高压SVG功率单元直流电压双重控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种高压SVG功率单元直流电压双重控制装置及控制方法，广泛应用于级联型SVG中。
背景技术
级联型SVG装置是基于H桥大功率逆变器串联的动态无功补偿装置，它的每一相都是由结构相同的H桥功率单元串连而成，三相链接采用星形连接，再经连接电抗器与电网相连。
在级联型SVG中，功率单元彼此独立，而每个功率单元的并联损耗、开关损耗、调制比和脉冲延时等又存在差异，导致各个功率单元存在直流侧电容电压不平衡的问题。直流电容电压不平衡会带来许多不利的影响，电容电压的不平衡会使SVG输出电压的谐波畸变率增大，当其不平衡度较大时，某些功率单元的电容电压会偏高，影响到装置的安全运行，严重时会导致系统崩溃。
发明内容
本发明是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种高压SVG功率单元直流电压双重控制装置及控制方法。
一种高压SVG功率单元双重控制装置，每个功率单元由直流支撑电容、逆变桥、主控制板和直流均压电路组成；直流均压电路和直流支撑电容都与逆变桥直流端连接，外部交流电压与逆变桥交流端连接；所述主控制板输出端分别与直流均压电路和逆变桥IGBT连接，用来实现直流支撑电容电压平衡的双重控制。
进一步地，主控制板是由DSP，连接在DSP输入端的接收控制信号电路、温度测量电路和直流电压测量电路，连接在DSP输出端的PWM脉冲输出电路和放电脉冲输出电路组成。
采用该高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其步骤如下：
1、当功率单元电流≥20A时，即功率单元大电流运行区间，各功率单元通过主控制板叠加有功电压矢量，当链节的电压偏低时叠加一个与电流方向相同的矢量，当链节电压偏高时叠加一个与电流方向相反的矢量，来平衡控制实现各功率单元有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。
2、当功率单元电流＜20A时，即功率单元小电流运行区间，主控制板通过对直流均压电路进行放电处理增加相应损耗，保证直流支撑电容电压平衡。
3、高压SVG停止运行时，主控制板通过控制放电电阻迅速将功率单元中直流支撑电容两端直流电压泄放掉。
进一步地，所述有功电压矢量计算过程如下：通过主控制板检测各功率单元的电容直流电压Vdc1、Vdc2…Vdcn,计算出直流侧电压平均值Vdc-avr，然后与本链节的电容直流电压Vdci做差，通过PI调节，与直流侧电压总和Vdc-tol相除后，再乘上SVG的实际电流Iac-f，经转换后所得的结果Md-i为链节功率单元DSP输出调制信号微调量；DSP根据接收控制信号包含调制度、角度和电流瞬时值Iac-f将该微调量转换为有功电压矢量，叠加到根据无功计算IGBT开出信号中。
进一步地，所述放电处理过程如下：直流侧电压平均值Vdc-avr与本链节的电容直流电压Vdci做差，与直流侧电压总和Vdc-tol相除，得到放电占空比系数；链节功率单元中直流电压大于直流侧电压平均值Vdc-avr的进行放电处理，放电占空比系数折算后经过PI处理，最终计算出放电脉冲宽度；链节功率单元中直流电压小于直流侧电压平均值Vdc-avr时，关闭放电脉冲，停止放电。
本发明的有益效果是：
1、功率单元大电流运行区间采用软件方式控制不存在均压失效问题，并且功率单元工作损耗小于硬件方式控制；功率单元小电流运行区间，通过对放电电阻施加放电脉冲，有效解决输出零电流时软件均压失效问题，输出波形正弦度更高。
2、高压SVG停止运行时，功率单元通过控制放电电阻迅速将直流电容两端直流电压泄放掉，有效缩短检修时间，并可靠保证人身和设备安全。
附图说明
图1是高压SVG功率单元双重控制装置主电路原理图；
图2是图1中主控制板电路原理图；
图3是高压SVG功率单元软件控制原理图；
图4是高压SVG功率单元硬件控制原理图；
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及的高压SVG功率单元双重控制装置，每个功率单元由直流支撑电容、逆变桥、主控制板和直流均压电路组成；直流支撑电容采用无极性薄膜电容；逆变桥采用两个半桥组成一个全桥，完成直流到交流的变换。如图2所示，主控制板是由DSP，连接在DSP输入端的接收控制信号电路、温度测量电路和直流电压测量电路，连接在DSP输出端的PWM脉冲输出电路和放电脉冲输出电路组成。主控制板核心控制芯片采用DSP,通过PWM脉冲输出电路完成对逆变桥中开关管控制，并实现直流电压均衡控制的功能。直流均压电路由MOSFET及电阻组成，通过放电脉冲输出电路控制直流均压电路放电达到均衡功率单元直流电压的目的。
采用该高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其步骤如下：
1、如图3所示，当功率单元电流≥20A时，即功率单元大电流运行区间，通过主控制板检测各功率单元的电容直流电压Vdc1、Vdc2…Vdcn,计算出直流侧电压平均值Vdc-avr，然后与本链节的电容直流电压Vdci做差，通过PI调节，与直流侧电压总和Vdc-tol相除后，再乘上SVG的实际电流Iac-f，经转换后所得的结果Md-i为链节功率单元DSP输出调制信号微调量；DSP根据接收控制信号包含调制度、角度和电流瞬时值Iac-f将该微调量转换为有功电压矢量，叠加到根据无功计算IGBT开出信号中，当链节的电压偏低时叠加一个与电流方向相同的有功电压矢量，当链节电压偏高时叠加一个与电流方向相反的有功电压矢量，实现各功率单元有功的合理分配，保证直流电容电压平衡。
2、如图4所示，当功率单元电流＜20A时，即功率单元小电流运行区间，直流侧电压平均值Vdc-avr与本链节的电容直流电压Vdci做差，与直流侧电压总和Vdc-tol相除，得到放电占空比系数；链节功率单元中直流电压大于直流侧电压平均值Vdc-avr的进行放电处理，放电占空比系数折算3％－5％后经过PI处理，最终计算出放电脉冲宽度；链节功率单元中直流电压小于直流侧电压平均值Vdc-avr时，关闭放电脉冲，停止放电。
3、高压SVG停止运行时，主控制板通过控制放电电阻迅速将功率单元中直流支撑电容两端直流电压泄放掉。
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其特征是：步骤如下：
1)采用高压SVG功率单元双重控制装置，所述高压SVG功率单元双重控制装置包括多个功率单元，每个功率单元由直流支撑电容、逆变桥、主控制板和直流均压电路组成；直流均压电路和直流支撑电容都与逆变桥直流端连接，外部交流电压与逆变桥交流端连接；所述主控制板输出端分别与直流均压电路和逆变桥IGBT连接，用来实现直流支撑电容电压平衡的双重控制；
2)、当功率单元电流≥20A时，即功率单元大电流运行区间，各功率单元通过主控制板叠加有功电压矢量，当链节的电压偏低时叠加一个与电流方向相同的矢量，当链节电压偏高时叠加一个与电流方向相反的矢量，来平衡控制实现各功率单元有功的合理分配，保证直流电容电压平衡；
3)、当功率单元电流＜20A时，即功率单元小电流运行区间，主控制板通过对直流均压电路进行放电处理增加相应损耗，保证直流支撑电容电压平衡；
4)、高压SVG停止运行时，主控制板通过控制放电电阻迅速将功率单元中直流支撑电容两端直流电压泄放掉。
2.根据权利要求1所述的高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其特征是：所述有功电压矢量计算过程如下：通过主控制板检测各功率单元的电容直流电压Vdc1、Vdc2…Vdcn,计算出直流侧电压平均值Vdc-avr，然后与本链节的电容直流电压Vdci做差，通过PI调节，与直流侧电压总和Vdc-tol相除后，再乘上SVG的实际电流Iac-f，经转换后所得的结果Md-i为链节功率单元DSP输出调制信号微调量；DSP根据接收控制信号包含调制度、角度和电流瞬时值Iac-f将该微调量转换为有功电压矢量，叠加到根据无功计算IGBT开出信号中。
3.根据权利要求1所述的高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其特征是：所述放电处理过程如下：直流侧电压平均值Vdc-avr与本链节的电容直流电压Vdci做差，与直流侧电压总和Vdc-tol相除，得到放电占空比系数；链节功率单元中直流电压大于直流侧电压平均值Vdc-avr的进行放电处理，放电占空比系数折算后经过PI处理，最终计算出放电脉冲宽度；链节功率单元中直流电压小于直流侧电压平均值Vdc-avr时，关闭放电脉冲，停止放电。
4.根据权利要求1所述的高压SVG功率单元双重控制装置的控制方法，其特征是：主控制板是由DSP，连接在DSP输入端的接收控制信号电路、温度测量电路和直流电压测量电路，连接在DSP输出端的PWM脉冲输出电路和放电脉冲输出电路组成。
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