一種c型串聯濾波式級聯svg及其負序補償控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種三相級聯型變換器，具體是一種C型串聯濾波式級聯SVG及其負 序補償控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業化規模的擴大及科學技術的迅速發展，一方面，國民經濟各部門電氣化 程度的日益提高，各種復雜的、精密的、對電源特性變化敏感的新型高科技用戶設備的不斷 增加，人們對電能質量的要求越來越高；另一方面，配電網中快速沖擊型負荷（如電弧爐、 乳機、絞車等）、大容量電力電子非線性負荷的急劇增加，引起電網電壓波動與閃變、三相供 電不平衡和電壓電流波形畸變等，造成電網電能質量的嚴重惡化。因此，改善和提高電網電 能質量，已經成為當前國民經濟發展的迫切要求。
[0003] 配電網電能質量治理補償裝置種類眾多，低壓常用的有LC無源濾波器、低壓有源 濾波器、靜止無功補償器及配電網靜止無功發生器。其中，LC無源濾波器、靜止無功補償器 及配電網靜止無功發生器主要用來補償無功，低壓有源濾波器主要用來補償高次諧波。在 高壓補償方面，對裝置的要求較高，目前的功率補償器主要有高壓靜止無功補償器，混合型 有源電力濾波器及級聯型多電平無功補償器。高壓靜止無功補償器雖然結構簡單，但是動 態無功補償性能不佳，同時會產生諧波。混合型有源電力濾波器雖然可以進行高壓補償，但 是其結構復雜，可靠性不高，無功補償性能不佳。目前，最通用的高壓功率補償裝置是高壓 級聯型多電平無功補償器，是將多個Η橋單元串聯組成，通過采用級聯型多電平PWM調制技 術，將多個低壓的功率單元串聯實現高壓輸出，可適用于任何等級的電壓。同時，在某個功 率單元出現故障時，可自動退出系統，而其余的功率單元可繼續保持運行，減少停機所造成 的損失。高壓級聯型多電平無功補償器具有動態響應速度快、補償范圍寬、輸出諧波小、系 統穩定性強等諸多優點而成為高壓系統中電能質量補償裝置發展的方向。
[0004] 傳統的高壓級聯型靜止無功補償器采用單相Η橋結構作為級聯單元，級聯單元在 交流端直接串聯，再經連接電抗器與電網相連。高壓級聯型靜止無功補償器通過采用多電 平PWM調制技術來調節逆變電路輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制補償器輸出電流， 發出可控的無功電流。但是該種傳統的SVG在應用于高壓場合時，需要級聯單元數較多，系 統較復雜。
[0005]目前由于電力電子器件的限制，該種結構采用的是大功率開關器件，其開關頻率 低（3. 3kV的功率開關管的開關頻率一般低于2kHz，4-6kV的功率開關管的開關頻率一般低 于1kHz)，運用在高壓大功率場合時，需要對多個Η橋單元模塊級聯，系統較復雜，補償能力 有待提升。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種C型串聯濾波式級 聯SVG及其負序補償控制方法，有效結合LC無源濾波器和級聯型無功補償器的特點，降低 級聯型SVG的電壓容量，提高級聯型SVG的無功和負序補償能力，提高級聯型SVG的性價 比。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種C型串聯濾波式級聯 SVG，包括三個由級聯型Η橋鏈和濾波電感串聯而成的支路，三個支路連接成三角形網絡； 所述三角形網絡的三個連接點各通過一個濾波電容接入電網。
[0008] 所述級聯型Η橋鏈包括多個串聯的單元模塊。
[0009] 本發明還提供了一種上述C型串聯濾波式級聯SVG的負序補償控制方法，包括以 下步驟：
[0010] 1)檢測X相級聯型Η橋鏈各單元模塊的直流側電容電壓值，求取X相級聯型Η橋鏈 直流側電容電壓值的平均值uaTCX: 其中Udxy分別表示X相級聯型Η橋鏈的第y個單元模塊的直流側電壓值，N為每相級聯型Η橋鏈的單元模塊級聯數量；然后求得X相級聯型Η橋鏈所有單元模塊總電壓的平均值：uaTC ^^aveab^^avebc^^aveca)/3 ;其中，xe[ab,be,ca]，ab,be,ca分別表示C型串聯濾波式級聯 SVG的三相；
[0011] 2)將直流側電壓參考信號f與uaTC相減，然后進行PI調節，輸出IP，將1為 ab,be,ca三相的電壓同步信號synx相乘，得ab,be,ca三相的直流側電壓的調節指令ipx;
[0012] 3)將uave分別與ab，be，ca三相級聯型Η橋鏈的直流側電容電壓平均值uavex相減， 然后進行PI調節，輸出IZx，IZx分別與ab，be，ca三相的電壓同步信號synx相乘，得到三相 級聯型Η橋鏈的直流側電壓調節指令iZx;
[0013] 4)將直流側電壓調節指令ipx與期望的三相無功和負序指令信號/(:、iZx、I"f依次 疊加之后，得到三相級聯型Η橋鏈的電流內環參考指令信號g:，g卩：+ 4 + ^ + 其 中Iraf表示實現補償負序電流時級聯型Η橋鏈的電壓平衡控制在C型串聯濾波式級聯SVG內疊加的直流環流參考信號；
[0014] 5)將電流內環參考指令信號?與檢測到的三相輸出電流ix相減，得到電流跟蹤誤 差信號Λix;電流跟蹤誤差信號經過電流控制器調節，得到ab，be，ca三相級聯型Η橋鏈的 調制波信號u";
[0015] 6)將各相直流側電壓平均值uaTCX分別與本相內第y個單元模塊直流側電容電壓 udxy相減，相減后的誤差進行P調節，然后與本相的輸出電流ix相乘，得到本相的第y個單 元模塊的直流側電壓調節指令Λuxy;
[0016] 7)將級聯型Η橋鏈的第y個單元模塊的直流側電壓調節指令Λuxy疊加到本相的 調制波信號11"上，得到本相第y個單元模塊的實際調制波信號mxy;
[0017] 8)將ab，be，ca各相第y個單元的實際調制波信號mxy送入移相載波調制單元，可 以得到ab，be，ca三相各個單元模塊的PWM信號，驅動功率開關管輸出期望的電壓電流信 號。
[0018] 與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為：本發明的C型串聯濾波式級聯SVG 由三相串聯濾波電容C、三個級聯Η橋鏈及三個L濾波電感組成，相當于級聯型多電平PWM 變流器通過LC單調諧濾波器串聯濾波之后連接電網，此種結構中LC單調諧濾波器同時承 擔大部分基波分壓，級聯型多電平PWM變流器的電壓容量大大降低，提高了SVG的補償輸出 能力；同時為了保障負序補償時SVG的電壓平衡控制，在角型SVG內采用疊加直流環流控制 方法，這樣可以實現SVG的電壓平衡控制，改善了SVG的工作性能。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明C型串聯濾波式級聯SVG;
[0020] 圖2為本發明C型串聯濾波式級聯SVG的控制框圖。
【具體實施方式】
[0021] 參見圖1，為本發明的C型串聯濾波式級聯SVG。該結構包括三個串聯濾波電容 C，三個級聯Η橋鏈和三個L濾波電感組成。三個級聯型Η橋鏈和三個L濾波電感組成角型 SVG，之后通過電容C串聯濾波之后，連接到電網。這樣相當于級聯型多電平PWM變流器通 過LC濾波器串聯濾波之后連接電網，此種結構中LC濾波器同時承擔大部分基波分壓，級聯 型多電平PWM變流器的電壓容量大大降低，同時可以利用級聯型多電平PWM變流器進行大 功率無功和負序補償，大大提高常規級聯型多電平PWM變流器的補償容量，可以廣泛應于 高壓配電網的電能質量治理，具有很高的性價比。
[0022] 同時SVG裝置在補償輸出負序電流時，每個相鏈的瞬時有功功率不為0,這將導致 該相鏈的直流側電壓出現上升或者下降，導致直流側電壓不穩定。傳統的方法是在角