[发明专利]级联多电平逆变器无功补偿系统及控制方法

权利要求书

1.一种级联多电平逆变器无功补偿系统，其特征在于：包括主回路、检测回路和控制回路，主回路由级联H桥功率单元、滤波电抗器（1）、充电电阻（2）和控制开关（3）组成；检测回路由第一电流传感器(10)、第二电流传感器（11）、第一电压传感器（8）、第二电压传感器（9）、各级联功率单元直流侧电压传感器和外部A/D采样电路（7）组成；控制回路由数字信号处理器（4）、实现脉冲分配的现场可编程门阵列（5）和实现主控与功率单元之间通讯的光通讯电路（6）组成；其中级联H桥功率单元为单相H桥逆变器结构，级联多电平逆变器的每相由N个功率单元串联组成，三相组成星形连接，输出三相经滤波电感（1）串联后与充电电阻（2）的左端相连，充电电阻（2）的右端与三相电网相连，控制开关（3）与充电电阻（2）的两端并联；第一电流传感器（9）和第二电流传感器（10）分别设置于级联多电平逆变器输出A、C两相上，第一至第二电流传感器（9、10）的输出端分别接外部A/D采样电路（7）的输入端，第一电压传感器（8）和第二电压传感器（9）分别设置于三相电网电压的AB和BC相，第一电压传感器和第二电压传感器的输出端分别接外部A/D采样电路（7）的输入端，各级联功率单元直流侧电压传感器分别设置于各个功率单元的直流输入端上，各级联功率单元直流侧电压传感器的输出端分别接外部A/D采样电路（7）的输入端，外部A/D采样电路（7）的输出端接数字信号处理器（4）的输入端，数字信号处理器（4）的输出端分别接控制开关的控制端和实现脉冲分配的现场可编程门阵列（5）的输入端，现场可编程门阵列（5）的输出端接实现主控与功率单元之间通讯的光通讯电路（6）的输入端，光通讯电路（6）的输出端接各级联H桥功率单元的控制端。

2.根据权利要求1所述的级联多电平逆变器无功补偿系统的控制方法，包括两个部分，第一部分是对系统输出总的有功与无功电流的控制，第二部分是对各个级联功率单元直流母线电压的平衡控制，其特征在于，包括如下步骤：

1）根据所测量的电网电压，利用锁相环计算得到电网电压综合矢量角度；

2）利用矩阵变换，将采样得到的系统输出相电流变换到两相旋转坐标系下有功电流d轴分量和无功电流q轴分量，并将采样得到的电网相电压变换到两相旋转坐标系下的d轴电压分量和q轴电压分量；

3）利用交流电流前馈解耦控制策略得到系统输出d轴电压分量和q轴电压分量，并结合锁相角度，计算出三相调制波并利用移相SPWM控制策略控制各级联功率单元的驱动脉冲，从而实现系统输出总的有功与无功电流的控制；

4）根据两相旋转坐标系下有功电流d轴分量和无功电流q轴分量计算出电流综合矢量与电网电压综合矢量的夹角，并结合锁相角计算出与电流矢量同相的单位正弦信号；

5）将每相各功率单元直流电压求和取平均值作为直流电压参考信号，并与本相各功率单元实际直流电压信号做差并进行PI调节，将PI输出的信号与步骤4）中的单位正弦信号相乘得到仅控制各功率单元输出电压有功电压矢量的调制波叠加信号；

6）将步骤5）中所得到的三相各功率单元调制波叠加信号与步骤3）中的三相调制波信号叠加得到每个功率单元新的调制波信号，控制每个功率单元吸收的有功功率，从而实现每个功率单元直流母线电压的平衡控制。