[发明专利]一种适用于五电平H桥级联型STATCOM的脉冲轮换控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及H桥级联型静止同步补偿器，特别是一种适用于五电平H桥级联型静止同步补偿器的脉冲轮换控制方法。

背景技术

1976年美国学者L.Gyugyi提出用电力半导体器件进行无功补偿以来，静止同步补偿器(static synchronous compensator，STATCOM)在最近的30年得到快速发展，从带耦合变压器的多重化逆变器到无耦合变压器的多电平逆变器，H桥级联型逆变器以其无可比拟的优点成为当前无功补偿领域的研究热点。工业生产中配电网电压等级较多，如我国煤矿生产配电中存在1140V和3300V电压等级，依据目前电力电子器件的发展水平，五电平STATCOM在工业配电网中具有一定的应用范围。五电平H桥级联型STATCOM主电路拓扑结构如图1所示，图1中L为装置的滤波电感，u_dc1、u_dc2分别为A相单元1与单元2的直流侧电压。

脉宽调制(pulse width modulation，PWM)技术是H桥级联型STATCOM的核心技术，它关系到STATCOM输出电压的谐波特性、直流侧电容电压的平衡及功率器件开关次数的均衡。载波同相层叠调制(carrier disposition PWM，PD-PWM)具有优秀的线电压消谐特性，但该方法存在H桥单元功率器件开关次数不均衡的固有缺陷，还会导致各单元功率分配不均的问题。

对于五电平而言，载波同相层叠调制原理如图2所示，图2中u_dc为直流侧电压给定值。H桥级联型变流器通过四列载波纵向叠加后与调制波比较来获得各H桥单元的输出电平状态。由图2可知各单元功率器件开关次数不均衡，这是载波层叠的固有缺陷。针对此问题，可采用脉冲周期轮换的方法使得各单元在若干周期内达到平衡。现将图2中两个单元的脉冲每间隔半个调制波周期进行一次交换，各H桥单元理想电平状态如图3所示。图3中：u₁、u₂分别为单元1和单元2输出电压。由图3可知每个调制波周期内两个单元的开关次数可达到平衡。

载波同相层叠调制策略应用于H桥级联型STATCOM时，脉冲的周期轮换只能实现有功能量的平均分配，当各单元由参数差异及并联损耗、混合损耗造成有功能量需求不均时，该方法则难以实现对各单元有功能量的按需分配来平衡直流侧电容电压，进而影响装置的性能及运行。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有基于载波同相层叠调制策略所采用的脉冲周期轮换控制方法不能有效地实现直流侧电压平衡，提供一种在不影响装置上层控制和几乎不额外增加开关器件动作次数的前提下较好的实现直流侧电压均衡控制的方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于五电平H桥级联型STATCOM改进的脉冲轮换控制方法，该方法在脉冲周期轮换的基础上通过控制轮换时序的占空比来控制有功功率在各单元间的流动，进而维持各单元直流侧电压平衡。其特征在于，该方法的步骤如下：

步骤（1）设置脉冲轮换的基准轮换周期。

步骤（2）根据所测电压、电流的相位关系判断补偿无功功率的极性。

步骤（3）计算单元1直流侧电压与单元直流侧电压平均值的偏差量。采用电压传感器检测每个采样周期内各单元直流侧电压，根据传感器所采集的数据通过DSP求取单元直流侧电压的平均值，令计算出的单元直流侧电压平均值与单元1直流侧电压测量值作差即可得到单元1直流侧电压与单元直流侧电压平均值的偏差量。

步骤（4）根据步骤2判断出无功功率的极性与步骤3计算出的电压偏差量计算修正后各单元脉冲轮换时序的占空比。

步骤（5）根据装置输出的电平状态分配触发脉冲信号，按照修正后的脉冲轮换时序对触发脉冲信号进行轮换并驱动各单元开关器件执行相应动作。

所述步骤1中选取基准轮换周期为调制波周期的1/2，则每个轮换周期的基准占空比记单元1与单元2脉冲轮换时序分别为g₁与g₂。

步骤2中若补偿无功功率为感性，记Q>0，sign=1；若补偿无功功率为容性，记Q<0，sign=-1，其中sign为无功功率的符号函数。

步骤3中根据电压传感器所测得的两单元直流侧电压u_dc1、u_dc2，即可计算出单元直流侧电压平均值则电压偏差量为：