[发明专利]基于三电平逆变技术的高压无功补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三电平逆变技术的高压无功补偿控制方法，属于电能质量管理领域。

背景技术

SVG技术是最新的动态无功补偿技术，它采用新一代电力电子元器件，采用AC/DC/AC的方式，加配置的移相变压器，和现代计算机控制技术实现动态的计算、控制和补偿，装置具有输出谐波含量低，响应速度快、可靠性高的特点，完全不同于传统的固定式电容器补偿及采用晶闸管控制的SVC补偿装置。相对于SVC技术，具有遏制电网扰动能力大、响应速度快、占地面积小、节能等优势，但是目前国内运行业绩很少、投资较高，而且在高电压等级上，SVG技术还不够成熟。

多电平逆变技术近年来以其独特的优点在大功率、高电压应用场合受到广泛的关注和研究。对于n电平的逆变器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/(n-1)，实现了用低压器件来实现高压大功率输出，对改善谐波性能，减少波形畸变起到了积极的作用；多电平的du/dt的减小对电机绝缘十分有利，防止了电机转子绕组绝缘击穿，其输出无需变压器，大大减小了系统的体积和损耗，此外，多电平逆变技术还具备共模电压小、电磁干扰小、系统效率高等特点，因此在高电压大功率的变频调速、静止无功补偿、电力有源滤波器装置、高压直流输电等方面有着广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于三电平逆变技术的高压无功补偿控制方法，采用三相三电平逆变技术，降低了电力电子元器件所承受的最大电压，可最优化选择输出状态，应用于高压无功补偿装置。

实现上述目的的技术方案是：

一种基于三电平逆变技术的高压无功补偿控制方法，其特征在于，所述高压无功补偿的控制方法包括：

首先，通过检测得到系统需要补偿的无功电流；

第二，通过电流滞环控制器得到的信号值记为当前状态；

第三，分别计算和记录三电平逆变电路的27个逆变器电压矢量作用后系统的无功变化情况；

第四，将系统的无功变化情况和滞环控制器得到的结果相比较，在27个逆变器电压矢量中选取适用的逆变器电压矢量，进行控制。

所述的步骤四中，如果有多个逆变器电压矢量满足，选取最优作用矢量。

所述的选取最优作用矢量的判定方法为根据直接控制性质的最优准则选取，选择最接近电网电压微量的逆变器电压矢量。

本发明的有益效果是：采用三电平的电路拓扑结构，能有效的降低开关元器件需要承受的电压等级，使其可以应用于更高的电压等级场合。使用多电压矢量控制，大大改善了输出电压波形，在满足相应无功功率补偿的前提下，能有效的降低开关频率，减少IGBT元件的关断损耗，工作稳定且可靠性高。仿真结果验证了该技术在高电压等级下无功补偿的优越性。

附图说明

图1是本发明中基于三电平逆变技术的高压无功补偿电路拓扑结构图；

图2是本发明中基于三电平逆变技术的高压无功补偿装置电压矢量图；

图3是本发明中基于三电平逆变技术的高压无功补偿装置无功功率不变化轨迹；

其中：C1、C2电容  T1-T12、开关  D1-D18、二极管  L1-L3、电感。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明中基于三电平逆变技术的高压无功补偿电路拓扑结构图，开关T1和T4相当于二电平电路中的上下互补开关管，而开关T2、T3与二极管D2、D3构成中点箝位电路。交流侧仍然与二电平相同，直流侧由2个电容C1、C2相连，其连结中点与二极管D5、D6中点相连，中点电位Vm。三电平高压无功补偿装置的工作原理在于通过开关（IGBT）开断的变化使得交流侧线电流可控，根据需求输出相应的无功功率。三相分别通过电感L1-L3连接电网U、V、W相。

如图2所示，为本发明中基于三电平逆变技术的高压无功补偿装置电压矢量图，三电平逆变器的相电压输出分为3种状态：P、O、N。以单相为例，当开关T1和T2导通，开关T3和T4关断时，U相输出端接到直流母线的正端P，当定义O点为参考地时，此时U相输出电压为Vcd1，称之为输出正电压(P状态)；当T2和T3导通，T1和T4关断时，U相输出电压为零，称之为输出零电压(O状态)；当T3和T4导通，T1和T2关断时，U相输出电压为-Vcd2，称之为输出负电压(N状态)。