CN109586315A - 基于双buck模块的级联型svg系统及无功补偿控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统及无功补偿控制方法，以解决在稳定直流侧电压时控制系统过于复杂的问题，并提高装置功率密度，该系统包括三相链式SVG电路和电感，三相链节的一端分别经过电感L连接至交流电网的ABC三相，三相链节的另一端采用星型连接方式，所述三相链节的每相链节包括串联的至少一个双BUCK子模块；本发明的双BUCK子模块可以控制系统切断与直流侧联系，类两电平控制方法可以降低所需子模块电容大小，提升功率密度，从而解决功率密度提升和直流故障抑制的问题。
Description
技术领域：
本发明属于高压大功率电力电子技术在电力系统中的应用技术领域，涉及级联型SVG的拓扑结构及控制方法。
背景技术：
级联型SVG已经广泛用于中高压配电网的无功补偿领域，它具有模块化的特点，可以方便的提升连接电压等级，并且可以不经过变压器直接并入中高压电网，降低了成本。但是传统的级联型SVG在进行无功补偿的同时会导致直流侧电压不稳定，所使用的功率子模块一般为全桥变换器，对子模块电容存储大小要求比较高，并对直流侧故障抑制能力比较弱。
目前，针对级联型SVG的直流侧电压控制在软件和硬件改进方法都具有很大的局限性，不利于功率密度提升和直流故障抑制。
发明内容：
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统及无功补偿控制方法，在解决直流侧电压不稳定的同时降低对子模块电容存储容量的要求并提高故障抑制能力，具体技术方案如下：
基于双BUCK模块的级联型SVG系统，包括三相链式SVG电路以及电感L，所述三相链式SVG电路的三相链节的一端分别经过电感L连接至交流电网的A、B、C三相，三相链节的另一端采用星型连接方式；所述三相链节的每相链节包括串联的至少一个双BUCK子模块。
进一步地，所述双BUCK子模块包括：
反向串联的开关管T1和二极管D1、反向串联的开关管T2和二极管D2、电抗L1和L2以及串联的电容C1和电容C2；所述反向串联的开关管T1和二极管D1与反向串联的开关管T2和二极管D2并联后再与电容C1和电容C2并联；所述电抗L1的第一端与开关管T1和二极管D1的中点相连，电抗L2的第一端与开关管T2和二极管D2的中点相连，电抗L1的第二端和电抗L2的第二端相连并作为第一输出端子a，所述C1和C2的中点作为第二输出端子b。
优选地，所述开关管T1和T2为电力场效应管、电力晶体管或绝缘栅双极晶体管的半导体开关管。
一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统的无功补偿控制方法，包括如下步骤：
1)三相电流iA、iB、iC经过正负序分解得到三相电流的正序电流有功量和正序电流无功量三相电网电压eA、eB、eC经过abc/dq变换得到有功和无功分量ed、eq；
2)采集SVG系统三相直流侧电压平均值udcB、udcC，计算求得三相直流侧电压平均值
3)给定SVG系统直流侧电压整定值用直流电压整定值与直流侧电压平均值作差，所得差值经过PI-1比例积分调节，得到有功指令电流值
4)对负载侧电流或电网系统电压进行无功电流检测，得到正序电流整定值
5)正序电流有功量正序电流无功量正序电流整定值有功指令电流值经过正序电流解耦控制，再分别与电网电压的有功和无功分量ed、eq相加，得到旋转坐标系下电网电压参考值和
6)和经过dq/abc变换得到调制电压和
7)调制电压经过类两电平调制后输出驱动脉冲。
进一步地，所述类两电平调制方法具体包括：
将调制电压分别与各相三角载波比较得到PWM波形，每相子模块投入延时均为Td，子模块根据电容电压大小排序来调整投入顺序，输出电压形成阶梯状的上升沿与下降沿并实现类两电平调制，即得到上升沿和下降沿为阶梯波的类两电平方波，并得到最终驱动脉冲。
本发明的控制方法由正序解耦控制和类两电平调制组成，其中正序解耦控制将电网三相电流进行正负序分解后再进行dq解耦获得正序电流有功、无功分量，通过给定正序电流无功分量参考值实现装置对电网的无功补偿，类两电平调制在限制dV/dt的同时，利用频繁、快速的能量平衡过程可以降低模块的电容大小。
本发明的双BUCK子模块可以控制系统切断与直流侧联系，类两电平控制方法可以降低所需子模块电容大小，提升功率密度，从而解决功率密度提升和直流故障抑制的问题。
附图说明
图1为本发明基于双BUCK子模块的级联型SVG系统的拓扑图；
图2为本发明双BUCK子模块的结构示意图；
图3为本发明无功补偿控制方法的示意图；
图4为本发明中类两电平调制方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明方案。
图1所示为基于双BUCK子模块的级联型SVG系统的拓扑图。
基于双BUCK模块的级联型SVG系统，包括一个三相链式SVG电路以及三个电感L，所述三相链式SVG电路的三相链节的一端分别经过一个电感L连接至交流电网的A、B、C三相，三相链节的另一端采用星型连接方式。所述电感L用于抑制装置输出谐波，向电网提供无功功率。
所述三相链节的每相链节包括串联的至少一个双BUCK子模块，参照图2，所述双BUCK子模块包括：
反向串联的开关管T1和二极管D1、反向串联的开关管T2和二极管D2、电抗L1和L2以及串联的电容C1和电容C2。
其中，反向串联的开关管T1和二极管D1与反向串联的开关管T2和二极管D2并联后再与电容C1和电容C2并联；所述电抗L1的第一端与开关管T1和二极管D1的中点相连，电抗L2的第一端与开关管T2和二极管D2的中点相连，电抗L1的第二端和电抗L2的第二端相连并作为第一输出端子a，所述C1和C2的中点作为第二输出端子b。
所述开关管T1和T2为电力场效应管、电力晶体管或绝缘栅双极晶体管的半导体开关管。
图3所示为基于双BUCK模块的级联型SVG系统的无功补偿控制方法，具体步骤如下：
1)三相电流iA、iB、iC经过正负序分解得到三相电流的正序电流有功量和正序电流无功量三相电网电压eA、eB、eC经过abc/dq变换得到有功和无功分量ed、eq；
2)采集三相直流侧电压平均值udcB、udcC，计算求得三相直流侧电压平均值
3)用直流电压整定值与直流侧电压平均值作差，所得差值经过比例积分调节，得到有功指令电流值
4)对负载电流或系统电压进行无功电流检测，得到正序电流整定值
5)正序电流有功量和正序电流无功量分别与正序电流整定值有功指令电流值经过正序电流解耦控制后再分别与电网电压的有功和无功分量ed、eq相加，得到旋转坐标系下电网电压参考值和
6)和经过dq/abc变换得到调制电压和
7)调制电压经过类两电平调制后输出驱动脉冲。
所述类两电平调制方法具体包括：
调制电压分别与各相三角载波比较得到PWM波形，每相子模块投入延时均为Td，子模块根据电容电压大小排序来调整投入顺序，以此来平衡子模块电容电压，输出电压形成阶梯状的上升沿与下降沿，实现类两电平调制，具体见图4。延时Td不会超过方波周期的百分之一。
使用类两电平调制在稳定直流电压的同时，可以有效地限制在电平切换的暂态过程中可能出现的输出电压过大的现象。此外，控制过程中采用高频PWM调制，利用频繁、快速的能量平衡过程可以降低对子模块电容所需能量存储的要求，从而降低子模块电容的大小，提升装置功率密度。
Claims (5)
1.一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统，其特征在于：包括三相链式SVG电路以及电感L，所述三相链式SVG电路的三相链节的一端分别经过电感L连接至交流电网的A、B、C三相，三相链节的另一端采用星型连接方式；所述三相链节的每相链节包括串联的至少一个双BUCK子模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统，其特征在于：所述双BUCK子模块包括：
反向串联的开关管T1和二极管D1、反向串联的开关管T2和二极管D2、电抗L1和L2以及串联的电容C1和电容C2；所述反向串联的开关管T1和二极管D1与反向串联的开关管T2和二极管D2并联后再与电容C1和电容C2并联；所述电抗L1的第一端与开关管T1和二极管D1的中点相连，电抗L2的第一端与开关管T2和二极管D2的中点相连，电抗L1的第二端和电抗L2的第二端相连并作为第一输出端子a，所述C1和C2的中点作为第二输出端子b。
3.根据权利要求2所述的一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统，其特征在于：所述开关管T1和T2为电力场效应管、电力晶体管或绝缘栅双极晶体管的半导体开关管。
4.一种基于双BUCK模块的级联型SVG系统的无功补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)电网侧A、B、C的三相电流iA、iB、iC经过正负序分解得到电网侧三相电流的正序电流有功量和正序电流无功量三相电网电压eA、eB、eC经过abc/dq变换得到有功和无功分量ed、eq；
2)采集SVG系统三相直流侧电压平均值udcB、udcC，计算求得三相直流侧电压平均值
3)给定SVG系统直流侧电压整定值用直流电压整定值与直流侧电压平均值作差，所得差值经过PI-1比例积分调节，得到有功指令电流值
4)对负载侧电流或电网系统电压进行无功电流检测，得到正序电流整定值
5)正序电流有功量正序电流无功量正序电流整定值有功指令电流值经过正序电流解耦控制，再分别与电网电压的有功和无功分量ed、eq相加，得到旋转坐标系下电网电压参考值和
6)和经过dq/abc变换得到调制电压和
7)调制电压经过类两电平调制后输出驱动脉冲。
5.根据权利要求1所述的无功补偿控制方法，其特征在于，所述类两电平调制方法具体包括：
将调制电压分别与各相三角载波比较得到PWM波形，每相子模块投入延时均为Td，子模块根据电容电压大小排序来调整投入顺序，输出电压形成阶梯状的上升沿与下降沿，并得到最终驱动脉冲。
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| CN108539758A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-09-14 | 南京理工大学 | 基于相间功率回路的星形链式statcom及控制方法 |
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