一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器及控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器及控制方法，其技術(shù)特點是：該同步補(bǔ)償器包括主電路模塊、檢測模塊、DSP控制模塊和IGBT驅(qū)動模塊；所述檢測模塊的輸入端與主電路模塊的輸出端相連接，用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電壓、電流以及相位信號，所述檢測模塊的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接；所述DSP控制模塊輸出端與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接；所述IGBT驅(qū)動模塊輸出端與所述主電路模塊的輸入端相連接。本發(fā)明專利技術(shù)采用適用于大容量靜止同步補(bǔ)償器的級聯(lián)多電平逆變器為主電路結(jié)構(gòu)，且利用靈活的線性自抗擾控制技術(shù)以獲得高精度的控制效果，大大提高了系統(tǒng)的快速性和魯棒性，最大程度上提高了系統(tǒng)的無功補(bǔ)償響應(yīng)速度，保證了電能質(zhì)量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償
，特別涉及一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器及控制方法。
技術(shù)介紹
靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)是一種并聯(lián)型無功補(bǔ)償?shù)腇ACTS裝置，它能夠發(fā)出或吸收無功功率，在電力系統(tǒng)中可以實現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無功功率的目的，由于其具有起動無沖擊、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)領(lǐng)域并得到飛速發(fā)展。另外，采取何種靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)控制策略將直接影響著電力系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)以及是否能夠快速、連續(xù)地提供無功功率以支撐穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的問題。目前針對靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)的控制策略多是采用傳統(tǒng)PID控制，但由于電力系統(tǒng)屬于強(qiáng)非線性對象，因而其應(yīng)用范圍將受到很大限制。作為PID的發(fā)展和延伸，自抗擾控制器(ADRC)經(jīng)過多年實踐證明了其在強(qiáng)非線性和不確定大擾動下仍然具有很好的控制精度，但同時ADRC技術(shù)也面臨著控制參數(shù)多、調(diào)節(jié)復(fù)雜的問題。為了便于現(xiàn)場技術(shù)人員調(diào)試，線性自抗擾控制器(LADRC)應(yīng)運而生被廣泛應(yīng)用，其使用線性函數(shù)代替了ADRC的非線性函數(shù)。在取得同樣的控制效果的同時，進(jìn)一步簡化了控制參數(shù)，降低了調(diào)試的復(fù)雜程度。但對于一般的靜止同步補(bǔ)償器在實際應(yīng)用中仍普遍存在輸出諧波含量大、開關(guān)器件容量及電壓等級受限、控制效果精度低、無功補(bǔ)償響應(yīng)速度慢等問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、控制精度高、無功補(bǔ)償相應(yīng)速度快且魯棒性強(qiáng)的一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，包括主電路模塊、檢測模塊、DSP控制模塊和IGBT驅(qū)動模塊；所述檢測模塊的輸入端與主電路模塊的輸出端相連接，用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電壓、電流以及相位信號，所述檢測模塊的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接；所述DSP控制模塊輸出端與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接；所述IGBT驅(qū)動模塊輸出端與所述主電路模塊的輸入端相連接。而且，所述主電路模塊采用三相結(jié)構(gòu)，每相由三個H橋單元串聯(lián)構(gòu)成，每個H橋單元由兩個橋臂和一個直流側(cè)電容并聯(lián)構(gòu)成，所述每個橋臂由兩個IGBT管和兩個二級管構(gòu)成，所述兩個IGBT管分別與兩個二級管反向并聯(lián)后串聯(lián)構(gòu)成。而且，所述檢測模塊包括：三相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元、三相負(fù)載電流檢測單元、直流側(cè)電壓檢測單元、相位檢測單元、電流互感器和鎖相環(huán)；所述三相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元和三相負(fù)載電流檢測單元的輸入端均通過所述電流互感器與主電路模塊的輸出端相連接；所述直流側(cè)電壓檢測單元的輸入端與主電路模塊的輸出端相連接；所述相位檢測單元的輸入端通過所述鎖相環(huán)與主電路模塊的輸出端相連接；所述三相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元、三相負(fù)載電流檢測單元、直流側(cè)電壓檢測單元和相位檢測單元的輸出端均與所述DSP控制模塊的輸入端相連接。而且，所述DSP控制模塊包括A/D采樣單元、主控制器單元、外部接口單元和外擴(kuò)存儲單元；所述檢測模塊的輸出端與所述A/D采樣單元輸入端相連接，該A/D采樣單元輸出端與主控制器單元相連接；所述主控制器單元還分別與外擴(kuò)存儲單元和外部輸出接口單元相連接，該外部輸出接口單元的輸出端與所述IGBT驅(qū)動模塊相連。而且，所述IGBT驅(qū)動模塊由三角波發(fā)生器單元和比較器單元組成；所述三角波發(fā)生器單元輸出端與比較器單元的輸入端相連接；該比較器單元的輸出端與主電路模塊相連接；該比較器單元輸入端還與DSP控制模塊相連接。而且，所述A/D采樣單元采用型號為AD7705的芯片；所述主控制器單元采用信號為TMS320C28335的處理器；所述外部接口單元采用晶體管輸出光電耦合器TLP512；所述外擴(kuò)存儲單元采用存儲芯片SST39VF800。而且，所述三角波發(fā)生器單元采用高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器芯片MAX038；所述比較器單元采用四路獨立的電壓比較器芯片LM339。一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器的控制方法，包括以下步驟：步驟1、由檢測模塊的三相負(fù)載電流檢測單元輸出ila，ilb，ilc至DSP控制模塊的A/D采樣單元，經(jīng)A/D采樣進(jìn)入所述DSP控制模塊的主控制器單元，經(jīng)派克變換后產(chǎn)生無功指令電流iqref；步驟2、由檢測模塊的直流側(cè)電壓檢測單元輸出各個H橋單元的直流電壓Udc1-Udc6至DSP控制模塊的A/D采樣單元，經(jīng)A/D采樣進(jìn)入DSP控制模塊的主控制器單元后分別與系統(tǒng)直流側(cè)電壓設(shè)定值Uref比較形成誤差信號，該信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器產(chǎn)生有功指令電流idref；步驟3、無功指令電流iqref與有功指令電流idref分別經(jīng)過DSP控制模塊的主控制器單元進(jìn)行線性自抗擾控制算法處理之后，形成靜止同步補(bǔ)償器有功和無功電壓輸出指令信號Ucd和Ucq；步驟4、由檢測模塊的相位檢測單元輸出系統(tǒng)相位角θ、直流側(cè)電壓設(shè)定值Uref、有功和無功電壓輸出指令信號Ucd和Ucq，經(jīng)DSP控制模塊的主控制器單元計算出PWM輸出的調(diào)制比M與調(diào)制波相位角α后存入DSP控制模塊的外部擴(kuò)展存儲單元，并經(jīng)由DSP控制模塊的外部接口單元輸出三相PWM調(diào)制信號至IGBT驅(qū)動模塊；步驟5、PWM調(diào)制信號進(jìn)入IGBT驅(qū)動模塊的比較器單元后，與IGBT驅(qū)動模塊的三角波發(fā)生單元比較，產(chǎn)生主電路模塊IGBT驅(qū)動信號，通過調(diào)節(jié)占空比控制靜止同步補(bǔ)償器輸出無功電流的大小，從而對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償控制。本專利技術(shù)的優(yōu)點和積極效果是：1、本專利技術(shù)采用適用于大容量靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)的級聯(lián)多電平逆變器為主電路結(jié)構(gòu)，且利用高性能的信號處理器(DSP)和靈活的線性自抗擾控制技術(shù)以獲得高精度的控制效果，大大提高了系統(tǒng)的快速性和魯棒性，最大程度上提高了系統(tǒng)的無功補(bǔ)償響應(yīng)速度，保證了電能質(zhì)量。2、本專利技術(shù)通過多電平方法減少了諧波的輸出，同時使用級聯(lián)方式減小了單個開關(guān)器件承受的電壓等級及容量要求，另外針對大容量STATCOM形成了易于分別控制的模塊化結(jié)構(gòu)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本專利技術(shù)的主電路模塊拓?fù)鋱D；圖3是本專利技術(shù)的主電路模塊中H橋單元電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是本專利技術(shù)的級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器控制方法的傳遞函數(shù)圖；圖5是本專利技術(shù)的級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器控制方法的流程圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本專利技術(shù)實施例做進(jìn)一步詳述：一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，如圖1所示，包括主本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，其特征在于：包括主電路模塊、檢測模塊、DSP控制模塊和IGBT驅(qū)動模塊；所述檢測模塊的輸入端與主電路模塊的輸出端相連接，用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電壓、電流以及相位信號，所述檢測模塊的輸出端與DSP控制模塊的輸入端相連接；所述DSP控制模塊輸出端與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接；所述IGBT驅(qū)動模塊輸出端與所述主電路模塊的輸入端相連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，其特征在于：包括主電路
模塊、檢測模塊、DSP控制模塊和IGBT驅(qū)動模塊；所述檢測模塊的輸
入端與主電路模塊的輸出端相連接，用于采集電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電壓、
電流以及相位信號，所述檢測模塊的輸出端與DSP控制模塊的輸入端
相連接；所述DSP控制模塊輸出端與IGBT驅(qū)動模塊的輸入端相連接；
所述IGBT驅(qū)動模塊輸出端與所述主電路模塊的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，其特
征在于：所述主電路模塊采用三相結(jié)構(gòu)，每相由三個H橋單元串聯(lián)構(gòu)
成，每個H橋單元由兩個橋臂和一個直流側(cè)電容并聯(lián)構(gòu)成，所述每個
橋臂包括兩個IGBT管和兩個二級管，所述兩個IGBT管分別與兩個二級
管反向并聯(lián)后串聯(lián)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，
其特征在于：所述檢測模塊包括：三相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元、三相負(fù)載
電流檢測單元、直流側(cè)電壓檢測單元、相位檢測單元、電流互感器和
鎖相環(huán)；所述三相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元和三相負(fù)載電流檢測單元的輸入
端均通過所述電流互感器與主電路模塊的輸出端相連接；所述直流側(cè)
電壓檢測單元的輸入端與主電路模塊的輸出端相連接；所述相位檢測
單元的輸入端通過所述鎖相環(huán)與主電路模塊的輸出端相連接；所述三
相網(wǎng)側(cè)電流檢測單元、三相負(fù)載電流檢測單元、直流側(cè)電壓檢測單元
和相位檢測單元的輸出端均與所述DSP控制模塊的輸入端相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，
其特征在于：所述DSP控制模塊包括A/D采樣單元、主控制器單元、
外部接口單元和外擴(kuò)存儲單元；所述檢測模塊的輸出端與所述A/D采
樣單元輸入端相連接，該A/D采樣單元輸出端與主控制器單元相連接；
所述主控制器單元還分別與外擴(kuò)存儲單元和外部輸出接口單元相連
接，該外部輸出接口單元的輸出端與所述IGBT驅(qū)動模塊相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種級聯(lián)多電平靜止同步補(bǔ)償器，
其特征在于：所述IGBT驅(qū)動模塊由三角波發(fā)生器單元和比較器單元
組成；所述三角波發(fā)生器單元輸出端與比較器單元的輸入端相連接；

\t該比較器單元的輸出端與主電路模塊相連接；...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉偉，劉春玲，姚宗強(qiáng)，宗燁琛，張亞娜，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)天津市電力公司，國家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12