高壓SVG功率單元直流電壓雙重控制裝置及控制方法與流程

2024-04-04 02:19:05

本發明涉及一種高壓svg功率單元直流電壓雙重控制裝置及控制方法，廣泛應用於級聯型svg中。

背景技術：

級聯型svg裝置是基於h橋大功率逆變器串聯的動態無功補償裝置，它的每一相都是由結構相同的h橋功率單元串連而成，三相連結採用星形連接，再經連接電抗器與電網相連。

在級聯型svg中，功率單元彼此獨立，而每個功率單元的並聯損耗、開關損耗、調製比和脈衝延時等又存在差異，導致各個功率單元存在直流側電容電壓不平衡的問題。直流電容電壓不平衡會帶來許多不利的影響，電容電壓的不平衡會使svg輸出電壓的諧波畸變率增大，當其不平衡度較大時，某些功率單元的電容電壓會偏高，影響到裝置的安全運行，嚴重時會導致系統崩潰。

技術實現要素：

本發明是要解決現有技術存在的上述問題，提供一種高壓svg功率單元直流電壓雙重控制裝置及控制方法。

一種高壓svg功率單元雙重控制裝置，每個功率單元由直流支撐電容、逆變橋、主控制板和直流均壓電路組成；直流均壓電路和直流支撐電容都與逆變橋直流端連接，外部交流電壓與逆變橋交流端連接；所述主控制板輸出端分別與直流均壓電路和逆變橋igbt連接，用來實現直流支撐電容電壓平衡的雙重控制。

進一步地，主控制板是由dsp，連接在dsp輸入端的接收控制信號電路、溫度測量電路和直流電壓測量電路，連接在dsp輸出端的pwm脈衝輸出電路和放電脈衝輸出電路組成。

採用該高壓svg功率單元雙重控制裝置的控制方法，其步驟如下：

1、當功率單元電流≥20a時，即功率單元大電流運行區間，各功率單元通過主控制板疊加有功電壓矢量，當鏈節的電壓偏低時疊加一個與電流方向相同的矢量，當鏈節電壓偏高時疊加一個與電流方向相反的矢量，來平衡控制實現各功率單元有功的合理分配，保證直流電容電壓平衡。

2、當功率單元電流＜20a時，即功率單元小電流運行區間，主控制板通過對直流均壓電路進行放電處理增加相應損耗，保證直流支撐電容電壓平衡。

3、高壓svg停止運行時，主控制板通過控制放電電阻迅速將功率單元中直流支撐電容兩端直流電壓洩放掉。

進一步地，所述有功電壓矢量計算過程如下：通過主控制板檢測各功率單元的電容直流電壓vdc1、vdc2…vdcn,計算出直流側電壓平均值vdc-avr，然後與本鏈節的電容直流電壓vdci做差，通過pi調節，與直流側電壓總和vdc-tol相除後，再乘上svg的實際電流iac-f，經轉換後所得的結果md-i為鏈節功率單元dsp輸出調製信號微調量；dsp根據接收控制信號包含調製度、角度和電流瞬時值iac-f將該微調量轉換為有功電壓矢量，疊加到根據無功計算igbt開出信號中。

進一步地，所述放電處理過程如下：直流側電壓平均值vdc-avr與本鏈節的電容直流電壓vdci做差，與直流側電壓總和vdc-tol相除，得到放電佔空比係數；鏈節功率單元中直流電壓大於直流側電壓平均值vdc-avr的進行放電處理，放電佔空比係數折算後經過pi處理，最終計算出放電脈衝寬度；鏈節功率單元中直流電壓小於直流側電壓平均值vdc-avr時，關閉放電脈衝，停止放電。

本發明的有益效果是：

1、功率單元大電流運行區間採用軟體方式控制不存在均壓失效問題，並且功率單元工作損耗小於硬體方式控制；功率單元小電流運行區間，通過對放電電阻施加放電脈衝，有效解決輸出零電流時軟體均壓失效問題，輸出波形正弦度更高。

2、高壓svg停止運行時，功率單元通過控制放電電阻迅速將直流電容兩端直流電壓洩放掉，有效縮短檢修時間，並可靠保證人身和設備安全。

附圖說明

圖1是高壓svg功率單元雙重控制裝置主電路原理圖；

圖2是圖1中主控制板電路原理圖；

圖3是高壓svg功率單元軟體控制原理圖；

圖4是高壓svg功率單元硬體控制原理圖；

具體實施方式

如圖1所示，本發明涉及的高壓svg功率單元雙重控制裝置，每個功率單元由直流支撐電容、逆變橋、主控制板和直流均壓電路組成；直流支撐電容採用無極性薄膜電容；逆變橋採用兩個半橋組成一個全橋，完成直流到交流的變換。如圖2所示，主控制板是由dsp，連接在dsp輸入端的接收控制信號電路、溫度測量電路和直流電壓測量電路，連接在dsp輸出端的pwm脈衝輸出電路和放電脈衝輸出電路組成。主控制板核心控制晶片採用dsp,通過pwm脈衝輸出電路完成對逆變橋中開關管控制，並實現直流電壓均衡控制的功能。直流均壓電路由mosfet及電阻組成，通過放電脈衝輸出電路控制直流均壓電路放電達到均衡功率單元直流電壓的目的。

採用該高壓svg功率單元雙重控制裝置的控制方法，其步驟如下：

1、如圖3所示，當功率單元電流≥20a時，即功率單元大電流運行區間，通過主控制板檢測各功率單元的電容直流電壓vdc1、vdc2…vdcn,計算出直流側電壓平均值vdc-avr，然後與本鏈節的電容直流電壓vdci做差，通過pi調節，與直流側電壓總和vdc-tol相除後，再乘上svg的實際電流iac-f，經轉換後所得的結果md-i為鏈節功率單元dsp輸出調製信號微調量；dsp根據接收控制信號包含調製度、角度和電流瞬時值iac-f將該微調量轉換為有功電壓矢量，疊加到根據無功計算igbt開出信號中，當鏈節的電壓偏低時疊加一個與電流方向相同的有功電壓矢量，當鏈節電壓偏高時疊加一個與電流方向相反的有功電壓矢量，實現各功率單元有功的合理分配，保證直流電容電壓平衡。

2、如圖4所示，當功率單元電流＜20a時，即功率單元小電流運行區間，直流側電壓平均值vdc-avr與本鏈節的電容直流電壓vdci做差，與直流側電壓總和vdc-tol相除，得到放電佔空比係數；鏈節功率單元中直流電壓大於直流側電壓平均值vdc-avr的進行放電處理，放電佔空比係數折算3％－5％後經過pi處理，最終計算出放電脈衝寬度；鏈節功率單元中直流電壓小於直流側電壓平均值vdc-avr時，關閉放電脈衝，停止放電。

3、高壓svg停止運行時，主控制板通過控制放電電阻迅速將功率單元中直流支撐電容兩端直流電壓洩放掉。

以上僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。