一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法制造技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，公开了一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法，具有算法和控制结构简单的优势，在空间矢量调制直流电压利用率高、功率密度大的优势上大大简化了程序算法复杂度，在此基础上根据新型调制算法提出了相应的直流侧电压控制策略。之后根据理论分析建立了仿真模型进行了验证，结果表明，简化三电平SVPWM算法在级联H桥拓扑中提高了15％的直流电压利用率，在电流谐波，直流侧电压波动和响应速度方面皆满足系统要求。这种算法没有扇区判断与三角函数的计算，极大降低了计算复杂度，有利于工控机的实现。有利于工控机的实现。有利于工控机的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法


[0001]本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种适用于大功率静止无功补偿器的三电平SVPWM优化调制方法以及相应的直流侧电压控制策略。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国电力工业的迅速发展，电网的电能质量问题也愈加成为研究的重点。由于大量电力电子装置和非线性负载的接入，以及新能源发输电技术的发展，会导致电网电流畸变程度增加，功率因数降低，谐波注入严重等问题，快速且高效的进行补偿变为了高压大功率补偿器的研究热门。在众多的无功补偿拓扑中，级联H桥型SVG具有等效电平数多，谐波含量低，控制简单，易于拓展等优点，得到了广泛的应用。
[0003]当前针对级联H桥型SVG的调制方法主要有单极性载波移相调制(CPS
‑
SPWM)以及SVPWM调制，然而传统的载波移相调制具有直流电压利用率低，模块数多的缺点，空间矢量调制是以电压矢量等效原理为参考标准，以三相逆变器不同的开关模式做适当的切换从而生成开关信号，能够提高直流电压利用率并增大装置的功率密度。级联H桥模块交流侧输出有三种电平，是一种三电平拓扑，然而传统的三电平SVPWM算法涉及大小扇区判断、矢量合成、矢量持续时间计算等多个步骤，算法中带有大量的三角函数运算以及判断语句，过程过于复杂，不利于微机程序的实现，从而限制了其应用范围。

技术实现思路

[0004]为了提高大功率无功补偿装置的直流电压利用率，减少装置模块数量以及提高功率密度，同时针对传统三电平SVPWM算法过于复杂，不利于微机实现的劣势，本专利技术基于中心矢量分解与统一调制方法，提出了一种应用于级联H桥拓扑的优化三电平空间矢量调制算法，在此基础上实现了基于优化SV调制的直流侧电压的控制方法。
[0005]一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法，大功率静止无功发生器为三相Y型结构，每相由多个相同全桥模块级联而成，且每个模块包括四个功率器件，包括如下步骤：
[0006]步骤1、将三电平SVPWM区域根据中心矢量划分为6个不同的两电平SV区域，三电平SV区域下的原参考矢量计算处于两电平SV区域的新参考矢量；
[0007]步骤2、将步骤1得到的新参考矢量根据统一调制算法计算出每个时间周期中三相电平的实际作用时间；
[0008]步骤3、根据两电平SV区域的中心矢量确定三相电压实际作用电平，根据三相电平作用时间和实际作用电平计算调制波。
[0009]进一步的，步骤1中，原参考矢量V
r
和新参考矢量V
′
r
为：
[0010]V
r
＝[U
ra
,U
rb
,U
rc
][0011]V
r
′
＝[U
ra
′
,U
rb
′
,U
rc
′
][0012]其中，V
r
为原输入的三电平参考矢量，U
ra
，U
rb
，U
rc
为三相参考电压指令，V
r
’
为次级
参考矢量；
[0013]新参考矢量的计算式为：
[0014][0015][0016][0017][0018]其中，U0为参考电压零序分量，U
dc
为SVPWM基准电压，sign为符号函数。
[0019]进一步的，步骤2中包括以下步骤，
[0020]步骤2.1、计算三相假想作用时间T
as
，T
bs
，T
cs
；
[0021]步骤2.2、根据三相假想作用时间计算时间偏移T
offse
，计算公式如下：
[0022]T
max
＝max(T
as
,T
bs
,T
cs
)
[0023]T
min
＝min(T
as
,T
bs
,T
cs
)
[0024][0025]T
max
三相假想作用时间中最大值，T
min
为三相假想作用时间中的最小值；
[0026]步骤2.3、根据下式计算三相电平的实际作用时间：
[0027][0028][0029][0030][0031]其中，U0为计算作用时间的零序分量，T
s
为时间周期，T
ga
,T
gb
,T
gc
分别为所求的三相电平的实际作用时间。
[0032]进一步的，步骤3中，调制波幅值的计算式如下：
[0033][0034][0035][0036]其中，F
a
，F
b
，F
c
为三相调制波幅值，U
ra
’
，U
rb
’
，U
rc
’
为次级参考矢量的三相电压分量，sign(U
ra
)，sign(U
rb
)，sign(U
rc
)为初级参考矢量中三相参考电压的符号。
[0037]进一步的，步骤1中，原参考矢量通过三层控制计算得到，第一层为总直流侧电压控制，第二层为基于负序电流注入的相间均压控制，第三层为模块间分层均压控制。
[0038]进一步的，第一层中，将所有H桥的直流侧电压求和后取平均值，将平均值与直流侧电压给定值相比较，再通过PI调节器得到正序有功电流指令,使得拓扑中所有H桥的直流侧电压在给定值附近波动。
[0039]进一步的，第二层中，根据换流链负序电流算法得到负序电流在dq坐标系下的有功与无功电流指令，之后减去系统实际负序电流，通过PI调节器进行前馈解耦，再通过逆dq变换得到在abc坐标下的指令电压。
[0040]进一步的，第三层中，根据三相各模块直流侧电压大小对每相N个H桥模块进行排序并编号，将abc三相序号相同的作为同一层，将同一层的三相电压取平均后与直流侧给定电压进行比较，通过PI运算得到应输入到该层三相电压的偏移量，将三相电压的偏移量分别与拓扑实际电流的dq分量相乘，再通过IPARK变换得到应加入到三相模块的调制波中的偏移量。
[0041]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0042]本专利技术提出了一种应用于级联H桥的三电平SVPWM优化算法，具有算法简单和易于工控机实现的优势，在空间矢量调制直流电压利用率高、功率密度大的优势上大大简化了程序算法复杂度，在此基础上提出了相应的直流侧电压控制策略。提高拓扑约15％的直流侧电压利用率，减少H桥模块数，在此基础上不给系统引入多余的谐波影响换流链电流与直流侧电容电压波形。
[0043]基于中心矢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法，其特征在于，所述大功率静止无功发生器为三相Y型结构，每相由多个相同全桥模块级联而成，且每个模块包括四个功率器件，包括如下步骤：步骤1、将三电平SVPWM区域根据中心矢量划分为6个不同的两电平SV区域，三电平SV区域下的原参考矢量计算处于两电平SV区域的新参考矢量；步骤2、将步骤1得到的新参考矢量根据统一调制算法计算出每个时间周期中三相电平的实际作用时间；步骤3、根据两电平SV区域的中心矢量确定三相电压实际作用电平，根据三相电平作用时间和实际作用电平计算调制波。2.根据权利要求1所述的一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法，其特征在于，所述步骤1中，原参考矢量V
r
和新参考矢量V
r
′
为：V
r
＝[U
ra
,U
rb
,U
rc
]V
r
′
＝[U
ra
′
,U
rb
′
,U
rc
′
]其中，V
r
为原输入的三电平参考矢量，U
ra
，U
rb
，U
rc
为三相参考电压指令，V
r
’
为次级参考矢量；新参考矢量的计算式为：新参考矢量的计算式为：新参考矢量的计算式为：新参考矢量的计算式为：其中，U0为参考电压零序分量，U
dc
为SVPWM基准电压，sign为符号函数。3.根据权利要求1所述的一种适用于大功率静止无功发生器的三电平SVPWM算法，其特征在于，所述步骤2中包括以下步骤，步骤2.1、计算三相假想作用时间T
as
，T
bs
，T
cs
；步骤2.2、根据三相假想作用时间计算时间偏移T
offse
，计算公式如下：T
max
＝max(T
as
,T
bs
,T
cs
)T
min
＝min(T
as
,T
bs
,T
cs
)T
max
三相假想作用时间中最大值，T
m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，黄家宝，张帆，陈文洁，杨旭，万萌，孙君朋，马灵芝，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司西安交通大学，
类型：发明
国别省市：