CN205429745U - 基于z源网络的tnpc型三相静止无功发生器 - Google Patents

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李文娟
冯杰
王超
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Abstract

本实用新型公开了一种基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，包括Z源网络、TNPC型逆变主电路、滤波电路、检测模块和控制模块。其中，所述Z源网络输出端与TNPC型逆变主电路的输入端相连，所述TNPC型逆变主电路输出端通过滤波电路并联到三相电网上，所述检测模块分别检测三相电网、TNPC型逆变主电路输出端电流和TNPC型逆变主电路直流侧电压，所述控制模块将检测到的信号转换成PWM脉冲，通过驱动电路来控制TNPC型逆变主电路开关器件的通断，实现对三相电网的动态无功补偿。该装置利用Z源网络独特的小电感电容X型结构与现有的TNPC型SVG直流侧电容相结合，不仅克服了SVG装置易受直流侧电压的影响，而且允许上、下桥臂直通，有效的去除了死区效应，避免电流波形畸变。因此本实用新型无功功率补偿效果更好，成本更低，并且大大提高了SVG装置工作的可靠性。

Description

基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器
技术领域
本实用新型涉及一种无功功率补偿装置，尤其涉及一种基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器。
背景技术
随着智能电网的普及，越来越多的人关注对于电网电能质量提高的问题，而在这些提高电能质量的问题中，无功补偿无疑是最普遍也是最需要被解决的问题。静止无功发生器(StaticVarGenerator，SVG)在所有无功补偿装置中是比较新颖的，也能更好的实现对电网无功的快速、准确的补偿。三电平SVG凭借其大容量、高质量输出波形，取代两电平SVG，更加广泛的应用在电力系统中，而近几年兴起的TNPC型SVG，由于导通损耗低，工作可靠性高，正在无功补偿领域蓬勃发展。
但是，TNPC型SVG仍然存在一些问题，其直流侧电压必须足够高才能得到好的补偿效果，电压越高对器件的耐压要求就越高，增加了SVG的成本，而且在实际应用中，同一桥臂上的功率开关管不能同时导通，需要对同一相上功率开关器件的互补驱动信号加入死区，死区的加入会引起逆变器输出电流谐波含量增加、直流电压利用率下降、电压相位出现偏差等问题。
发明内容
为了解决上述现有的技术问题，本实用新型的目的是提供一种成本低、补偿效果好、工作可靠性高、无死区效应的静止无功发生器。
为实现上述的目的，本实用新型通过以下的技术方案实现：
一种基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，包括Z源网络、TNPC型逆变主电路、滤波电路、检测模块和控制模块；其中，所述的检测模块包括电网电流检测调理模块、补偿电流检测调理模块和电压检测调理模块，所述Z源网络连接直流分压电容C1、直流分压电容C2和TNPC型逆变主电路，所述的TNPC型逆变主电路连接Z源网络、滤波电路和控制模块，所述的滤波电路连接所需无功补偿的三相电网和补偿电流检测调理模块，所述的三相电网连接电网电流检测调理模块，所述的直流分压电容C1和直流分压电容C2连接Z源网络和电压检测调理模块，所述的电网电流检测调理模块、补偿电流检测调理模块、电压检测调理模块输出端连接到控制模块的输入端，所述控制模块的输出端接入到TNPC型逆变主电路的开关器件。
作为优选，所述Z源网络电感电容呈X型连接组成。
作为优选，所述的TNPC型逆变主电路每一相由4个IGBT连接组成T型，其中，V1的发射极与V2的集电极相连，V1的发射极与V2的集电极的连接点与V3的集电极相连，V1的集电极与Z源网络的L1和C4的连接点相连，V2的发射极与L2和C3的连接点相连，V3的发射极与V4的发射极相连，V4的集电极连接到直流分压电容C1和直流分压电容C2的连接点，V1、V2、V3、V4连接构成TNPC型逆变主电路的A相，B相、C相与A相并联，B相的V5、V6、V7、V8和C相的V9、V10、V11、V12与A相的V1、V2、V3、V4连接方式相同，整个TNPC型逆变主电路共由12个IGBT连接构成。
作为优选，所述的直流分压电容C1、直流分压电容C2串联，C1的上半部分与L1和C3的连接点相连，C2的下半部分与L2和C4的连接点相连，C1、C2的连接点与V4、V8、V12的集电极相连。
作为优选，所述的TNPC型逆变主电路的开关器件，竖管(V1、V2、V5、V6、V9、V10)选用型号为CM200DY-34A的IGBT，横管(V3、V4、V7、V8、V11、V12)选用型号为CM400C1Y-24S的IGBT。
作为优选，所述的检测模块包括电网电流检测调理模块、补偿电流检测调理模块和直流侧电压检测调理模块，其中，所述电网电流检测调理模块和补偿电流检测调理模块均采用宇波模块CHB-25NP型号的霍尔电流传感器；所述直流侧电压检测调理模块采用宇波模块CHV-25P型号的霍尔电压传感器；所述驱动电路选用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片；所述DSP控制器选用TI公司生产的TMS320F2812作为系统主控芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
利用Z源网络独特的X型结构，使之巧妙的与现有的TNPC型SVG相结合，以小电感电容与SVG直流侧电容组合，不仅克服了SVG装置易受直流侧电压的影响，而且还有效的去除了死区电路，避免波形畸变，因此本实用新型无功功率补偿效果更好，成本更低，无死区效应，并且大大提高了SVG装置工作的可靠性。
附图说明
附图1是本实用新型的结构示意图。
附图2是本实用新型的系统控制电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型的保护范围不限于以下所述。
本实用新型的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，包括Z源网络、TNPC型逆变主电路、滤波电路、检测模块和控制模块，它与三相电网并联连接。其中，所述Z源网络输入端连接直流分压电容，所述Z源网络与TNPC型逆变主电路相连，所述TNPC型逆变主电路与滤波电路相连，所诉滤波电路连接到三相电网上，所述检测模块分别检测三相电网电流、TNPC型逆变主电路的输出端电流和直流分压电容端电压，所述控制模块将检测到的信号转换成PWM脉冲，通过驱动电路来控制TNPC型逆变主电路开关器件的通断，实现对三相电网的动态无功补偿。
遵从本实用新型的方案，本实施例的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器具体包括：三相电网(1)、电网电流检测调理模块(2)、补偿电流检测调理模块(3)、直流侧电容电压检测调理模块(4)、TNPC型逆变主电路(5)、滤波电路(6)、直流分压电容C1(7)、直流分压电容C2(8)、Z源网络(9)、IR2110驱动电路(10)、DSP控制器(11)。其中：
所述Z源网络(9)输入端与直流分压电容C1(7)和直流分压电容C2(8)相连，Z源网络(9)输出端与TNPC型逆变主电路(5)相连，TNPC型逆变主电路(5)通过滤波电路(6)并联连接到三相电网(1)，为其补偿无功电流；利用电网电流检测调理模块(2)和补偿电流检测调理模块(3)检测调理三相电网(1)和TNPC型逆变主电路(5)输出的电流信号，将检测调理后的电流信号送给DSP控制器(11)；利用电压检测调理模块(4)检测调理直流分压电容C1(7)和直流分压电容C2(8)的电压，再将检测调理后的电压信号送给DSP控制器(11)；送入DSP控制器(11)的信号在DSP内部进行处理，实现中点电位的控制并且输出需要补偿的信号，再连接到IR2110驱动电路(10)，转化成TNPC型逆变主电路(5)开关器件的驱动信号控制其通断，实现本实用新型基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器的电压电流双闭环反馈控制。
本实施例中各部件选择如下：
所述电网电流检测调理模块(2)和补偿电流检测调理模块(3)均采用宇波模块CHB-25NP型号的霍尔电流传感器。所述电压检测调理模块(4)采用宇波模块CHV-25P型号的霍尔电压传感器。所述TNPC型逆变主电路(5)的开关器件竖管(V1、V2、V5、V6、V9、V10)选用型号为CM200DY-34A的IGBT，横管(V3、V4、V7、V8、V11、V12)选用型号为CM400C1Y-24S的IGBT。所诉Z源网络(9)由参数相同的电容C3、C4和参数相同的电感L1、L2呈X型构成。所述滤波电路(6)由参数相同的电感L11、L12、L13，参数相同的L21、L22、L23和参数相同的Cf1、Cf2、Cf3组成。所述IR2110驱动电路(10)采用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片。所述DSP控制器(11)采用TI公司生产的TMS320F2812作为主控芯片。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (6)

1.基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：包括Z源网络(9)、TNPC型逆变主电路(5)、滤波电路(6)、检测模块和控制模块，其中，所述的检测模块包括电网电流检测调理模块(2)、补偿电流检测调理模块(3)和电压检测调理模块(4)，所述Z源网络(9)连接直流分压电容C1(7)、直流分压电容C2(8)和TNPC型逆变主电路(5)，所述的TNPC型逆变主电路(5)连接Z源网络(9)、滤波电路(6)和控制模块，所述的滤波电路(6)连接所需无功补偿的三相电网(1)和补偿电流检测调理模块(3)，所述的三相电网(1)连接电网电流检测调理模块(2)，所述的直流分压电容C1(7)和直流分压电容C2(8)连接Z源网络(9)和电压检测调理模块(4)，所述的电网电流检测调理模块(2)、补偿电流检测调理模块(3)、电压检测调理模块(4)输出端连接到控制模块的输入端，所述控制模块的输出端接入到TNPC型逆变主电路(5)的开关器件。
2.根据权利要求1所述的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：所述Z源网络(9)电感电容呈X型连接组成。
3.根据权利要求1所述的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：所述的TNPC型逆变主电路(5)每一相由4个IGBT连接组成T型，其中，V1的发射极与V2的集电极相连，V1的发射极与V2的集电极的连接点与V3的集电极相连，V1的集电极与Z源网络的L1和C4的连接点相连，V2的发射极与L2和C3的连接点相连，V3的发射极与V4的发射极相连，V4的集电极连接到直流分压电容C1(7)和直流分压电容C2(8)的连接点，V1、V2、V3、V4连接构成TNPC型逆变主电路(5)的A相，B相、C相与A相并联，B相的V5、V6、V7、V8和C相的V9、V10、V11、V12与A相的V1、V2、V3、V4连接方式相同，整个TNPC型逆变主电路(5)共由12个IGBT连接构成。
4.根据权利要求1所述的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：所述的直流分压电容C1(7)、直流分压电容C2(8)串联，C1的上半部分与L1和C3的连接点相连，C2的下半部分与L2和C4的连接点相连，C1、C2的连接点与V4、V8、V12的集电极相连。
5.根据权利要求1所述的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：所述的TNPC型逆变主电路(5)的开关器件，竖管(V1、V2、V5、V6、V9、V10)选用型号为CM200DY-34A的IGBT，横管(V3、V4、V7、V8、V11、V12)选用型号为CM400C1Y-24S的IGBT。
6.根据权利要求1所述的基于Z源网络的TNPC型三相静止无功发生器，其特征在于：所述的检测模块包括电网电流检测调理模块(2)、补偿电流检测调理模块(3)和直流侧电压检测调理模块(4)，其中，所述电网电流检测调理模块(2)和补偿电流检测调理模块(3)均采用宇波模块CHB-25NP型号的霍尔电流传感器；所述直流侧电压检测调理模块(4)采用宇波模块CHV-25P型号的霍尔电压传感器；所述驱动电路(10)选用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片；所述DSP控制器(11)选用TI公司生产的TMS320F2812作为系统主控芯片。
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