一種svg直流側(cè)電容中點電位平衡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電氣行業(yè)，尤其是涉及一種用于對電力網(wǎng)絡(luò)進行無功功率補償研宄的二極管箝位型三電平靜止無功發(fā)生器(SVG)直流側(cè)電容中點電位平衡的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)中的負荷包括無功負荷持續(xù)大量地增加，分布式新能源如太陽能、風能的并網(wǎng)也大大增加了電網(wǎng)的復雜性，尤其是各種電力電子裝置引入電網(wǎng)以后，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，非線性負荷、沖擊性負荷等無功性負荷越來越多，給電能質(zhì)量帶來了極大的挑戰(zhàn)，因此無功補償裝置的研宄具有十分重要的意義。隨著無功補償技術(shù)的迅速發(fā)展，靜止無功發(fā)生器(SVG)得到了較高的重視，它具有補償響應(yīng)速度快、運行范圍廣、可濾除部分諧波、占用體積小、性價比高等優(yōu)點，因此得到了快速的發(fā)展。在靜止無功發(fā)生器(SVG)的多種拓撲結(jié)構(gòu)中，二極管箝位型三電平拓撲結(jié)構(gòu)比兩電平拓撲結(jié)構(gòu)補償電壓波形好，相比于更高電平拓撲結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性好等優(yōu)點，因此應(yīng)用最為廣泛。
[0003]二極管箝位型拓撲結(jié)構(gòu)利用兩個串聯(lián)的直流電容接在直流側(cè)兩端，每個橋臂有四個開關(guān)器件，上、下橋臂各有兩個串聯(lián)的開關(guān)器件，每個開關(guān)都通過二極管續(xù)流，箝位二極管將每個橋臂的中間兩個開關(guān)管進行連接，這樣通過箝位二極管將開關(guān)器件的電壓箝位到連接的直流電容電壓上，將直流母線電壓分為多個電平。因此，每個橋臂的四個開關(guān)器件可以向交流側(cè)輸出不同電平的電壓信號。通過對每個開關(guān)管進行相應(yīng)的PWM脈寬調(diào)制，二極管箝位型三電平SVG將多個電平的輸出信號合成為調(diào)制信號，從而進行無功補償。
[0004]但是，二極管箝位型三電平靜止無功發(fā)生器(SVG)直流側(cè)的兩個電容在制造工藝上不可能達到完全相同，各個開關(guān)管的實際參數(shù)和制造工藝也有一定的差別，開關(guān)會產(chǎn)生一定程度的延遲；另外，負載電流通過各相橋臂在三電平二極管箱位型SVG中產(chǎn)生了一定的交流電流，此交流電流流入到直流電容中，從而導致直流母線各電容傳輸功率的不平衡。因此會產(chǎn)生直流側(cè)電容中點電壓不均衡的現(xiàn)象，有可能使得輸出電壓波形發(fā)生畸變，使電平發(fā)生退化，輸出電壓中帶有低次諧波，開關(guān)器件承受的電壓不均衡，增大對主管阻斷耐壓的要求，嚴重時將使得電子器件因過電壓而損壞，直流側(cè)電容上的電壓波動也容易使電容的壽命降低。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的就是為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種SVG直流側(cè)電容中點電位平衡裝置，該裝置能夠解決直流側(cè)電容中點電位不平衡的問題，為SVG向電網(wǎng)進行無功補償提供更好的技術(shù)保障。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種SVG直流側(cè)電容中點電位平衡裝置，包括:三相電源、三相負載、交流電抗器、二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC、直流側(cè)電容器以及測量控制系統(tǒng)；
[0008]所述三相電源的一條支路串聯(lián)連接三相負載；三相電源的另一條支路依次串聯(lián)連接交流電抗器、二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC以及直流側(cè)并聯(lián)電容器；在三相電源與交流電抗器之間并聯(lián)連接測量控制系統(tǒng)；
[0009]所述二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC中每相橋臂均連接兩個串聯(lián)連接的箝位二極管，所述三相電源的中點、三相負載的中點、每相橋臂的兩個箝位二極管的中點以及直流側(cè)電容器的中點相連接，為零序電流提供流通通路。
[0010]所述三相電源為對稱三相電源，所述三相電源的每一相均串聯(lián)連接交流電抗器。[0011 ] 所述二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC包括a、b、c三相橋臂，所述a、b、c三相橋臂中，每一相橋臂均包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和下橋臂分別包括兩個串聯(lián)連接的功率開關(guān)器件，所述每個功率開關(guān)器件的兩端均反向并聯(lián)有續(xù)流二極管；
[0012]所述a、b、c三相橋臂的每相橋臂均連接兩個反相串聯(lián)的箝位二極管，所述箝位二極管連接在上橋臂兩個功率開關(guān)器件的中點和下橋臂兩個功率開關(guān)器件的中點之間。
[0013]所述直流側(cè)電容器包括兩個串聯(lián)連接的電容Cl和電容C2 ;所述直流側(cè)電容器與二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC的三相橋臂并聯(lián)連接，電容Cl和電容C2串聯(lián)連接的中點與二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC連接的兩個箝位二極管的中點相連接，所述電容Cl和電容C2的中點與兩個箝位二極管的中點為等電位點。
[0014]所述測量控制系統(tǒng)包括:PLL鎖相模塊、abc/dqO變換模塊、SVG三相輸出外環(huán)電壓控制器、內(nèi)環(huán)電流控制器、dqO/abc變換模塊和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路；
[0015]所述PLL鎖相模塊和abc/dqO變換模塊的輸入端分別連接在每一相電源與交流電抗器之間，PLL鎖相模塊的輸出端連接至dqO/abc變換模塊，abc/dqO變換模塊的輸出端連接在SVG三相輸出外環(huán)電壓控制器和內(nèi)環(huán)電流控制器之間，所述PLL鎖相模塊還與abc/dqO變換模塊連接；
[0016]所述SVG三相輸出外環(huán)電壓控制器、內(nèi)環(huán)電流控制器、dqO/abc變換模塊和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路依次串聯(lián)連接，所述脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路的輸出端連接至二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC。
[0017]本實用新型有益效果:
[0018]本實用新型裝置應(yīng)用于二極管箝位型三電平拓撲靜止無功發(fā)生器(SVG)中，能夠較好地解決直流側(cè)電容中點電位不平衡的問題，使得輸出的補償電壓不會因為電容中點電位不平衡而產(chǎn)生波形畸變和電平退化等問題，為靜止無功發(fā)生器(SVG)向電力網(wǎng)絡(luò)進行無功補償提供更好的技術(shù)保障。
[0019]本實用新型控制原理簡單，控制實現(xiàn)簡便；主要用于二極管箝位型三電平靜止無功發(fā)生器直流側(cè)電容中點電位不平衡的研宄。其控制效果與系統(tǒng)的調(diào)制比及功率因數(shù)無關(guān)，理論上可以將中點的波動控制在一個比較小的范圍之內(nèi)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型二極管箝位型三電平靜止無功發(fā)生器直流側(cè)電容中點電位平衡裝置的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為二極管箝位型三電平電壓源換流器(VSC)主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3(a)_(c)為測量控制系統(tǒng)外環(huán)控制器控制結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4(a)_(c)為測量控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)控制器控制結(jié)構(gòu)圖。
[0024]其中，I為三相電源，2為三相負載，7為交流側(cè)串聯(lián)連接電抗器，8為PLL鎖相環(huán)節(jié)，9為abc/dqO變換環(huán)節(jié)，10為外環(huán)控制器，11為內(nèi)環(huán)控制器，12為dqO/abc變換環(huán)節(jié)，13為PWM生成環(huán)節(jié)，14為三相二極管箝位型VSC電路，15為直流側(cè)上臂電容Cl，16為直流側(cè)下臂電容C2。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0026]如圖1所示，本實施例提供了一種二極管箝位型三電平靜止無功發(fā)生器直流側(cè)電容中點電位平衡的裝置，包括靜止無功發(fā)生器(SVG)主電路，測量控制系統(tǒng)，二極管箝位型三電平電壓源換流器(VSC)電路14和直流側(cè)并聯(lián)電容器。SVG主電路適用于低壓供電網(wǎng)絡(luò)。
[0027]靜止無功發(fā)生器(SVG)主電路包括三相電源1、三相負載2、交流電抗器7 ;三相電源I為對稱三相電源，三相負載2為三相不平衡負載。
[0028]三相電源I的一條支路串聯(lián)連接三相負載2 ;三相電源I的另一條支路依次串聯(lián)連接交流電抗器7、二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC14以及直流側(cè)并聯(lián)電容器；在三相電源I與交流電抗器7之間并聯(lián)連接測量控制系統(tǒng)；
[0029]二極管箝位型三電平電壓源換流器VSC14中每相橋臂均連接兩個串聯(lián)連接的箝位二極管，三相電源的中點、三相負載的中點、每相橋臂的兩個箝位二極管的中點以及直流側(cè)電容器的中點相連接，為零序電流提供流通通路。
[0030]圖3 (a)-(c)和圖4 (a)-(c)所示，測量控制系統(tǒng)包括PLL鎖相模塊8、abc/dqO變換模塊9、SVG三相輸出外環(huán)電壓控制器10、內(nèi)環(huán)電流控制器ll、dq0/abc變換模塊12和脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路13。
[0031]外環(huán)控制器10包括直軸、交軸和零軸指令電流值的形成。直軸電流值由直流電容器側(cè)直流電壓指令值算法計算得到。交軸電流值由瞬時無功功率理論計算得到。零軸電流值由平衡控制算法得到。內(nèi)環(huán)電流控制器11包括指令值和實際值的交叉解耦算法和平衡控制算法。脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動電路13采用正弦脈寬調(diào)制方法進行控制。
[0032]如圖2所示，二極管箝位型三電平電壓源換流器(VSC)電路14包括三相橋臂a、b、c三個交流串聯(lián)電抗器7，每相均包括上下兩個橋臂，上橋臂和下橋臂各有兩個串聯(lián)連接的功率開關(guān)器件。每個功率開關(guān)器件Sax、Sbx、Sc3U為1、2、3、4)的兩端均反并聯(lián)有續(xù)流二極管Daj^DbxUx = 1、2、3、4)。每相橋臂包括兩個串聯(lián)連接的箝位二極管DAx、DBx、DCx(x =1、2)。箝位二極管DAx、Dbx, Dcx(x = 1、2)連接在上橋臂兩個功率開關(guān)器件的中點和下橋臂兩個功率開關(guān)器件的中點之間。
[0033]直流側(cè)并聯(lián)電容器包括上下兩部分串聯(lián)連接的電容器，與二極管箝位型三電平電壓源換流器(VSC)電路14三相橋臂并聯(lián)連接，直流側(cè)電容器的串聯(lián)連接中點與二極管箝位型三電平電壓源換流器(VSC)電路14三相橋臂的箝位二極管的串聯(lián)連接中點O相連接，兩電容器的中點和箝位二極管的中點為等電位點。
[0034]三相電源I的中點N和三相負載2的中點N’、VSC主電路、每相橋臂箝位二極管的中點、直流側(cè)電容器中點相連接，為零序電流提供流通通路。
[0035]半導體開關(guān)器件Sax、Sbx、Sex(X 為 1、2、3、4)采用 IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)可關(guān)斷電力電子器件。
[0036]直流側(cè)串聯(lián)電容C115和電容C216采用薄