[发明专利]级联H桥拓扑中可滤除高次谐波的载波电平层叠调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气技术领域，具体地，涉及一种级联H桥拓扑中可滤除高次谐波的载波电平层叠调制方法。

背景技术

级联H桥是目前高压电力电子设备(如静止同步补偿器STATCOM、大规模储能)的主流拓扑结构，它以H桥为一个单元(如图1)。静止同步补偿器STATCOM可以发出任意指定的电流，改善电网电能质量、支撑电压、抑制电压闪变控制潮流。多个级联的H桥可承受高压，设备无需变压器可直挂在高压电网中(如图2)。目前它常用的调制方式为载波移相调制。

理论上，STATCOM补偿谐波的能力，只取决于它的开关频率。H桥采用高频IGBT开关器件，开关频率可以做到几十k HZ，完全可以做到跟踪和补偿频率在1kHZ内的50次谐波，但实际上，目前的STATCOM只能补偿到3、5次左右的谐波，对于5次以上的谐波，无法达到良好的补偿效果，与理论补偿能力相差甚远。这极大地限制了STATCOM的实际应用范围。

当前STATCOM无法补偿高次谐波的原因分析：假设H桥级联个数为n，每个H桥的载波依次移相360度/n，与正弦调制波相切，得到PWM波，载波移相调制如图4。相应的PWM波如图5。因为PWM延时为载波周期的一半，假设载波频率为F，则调制延迟为1/2F，即纯延迟时间τ₀＝1/2F，延迟环节在我国，10kVSTATCOM常用12级H桥级联，假设等效开关频率21.6kHZ，使用载波移相调制，则每一级H桥的开关频率为21.6k/12＝1.8kHZ，则此延迟环节的时间常数τ₀＝1/(2×1.8k)＝1(3.6k)。在双环控制中的影响如图6。

V_ref是H桥的BUS电容电压参考值，I_ref是需补偿的谐波或无功电流参考值，控制方法采用电压环与电流环双环控制，G_if(s)与G_vf(s)是电流环与电压环的被控对象，G_i(s)与G_v(s)是电流环与电压环的校正环节。G(s)为调制导致的纯延时环节。

因为不论任何调制方式，调制导致的纯延时都是PWM载波周期的一半。所以在电力电子的实际应用中，电流环控制带宽一般设计为PWM开关频率的十分之一左右，调制延时可以忽略，控制环才能达到较理想的跟踪给定参考的效果。假设等效开关频率21.6k，电流环设计带宽为21.6k/10＝2160Hz，电网基波频率50HZ，即理论上，设备可以跟踪和补偿2160/50＝43次以内的谐波。

但是因为H桥级联使用的是载波移相的调制方式，那么调制延时就不是1/(2×21.6k)，而是τ0＝1/(2×1.8k)，也就是说：PWM调制延迟时间远大于PWM等效开关时间。所以如要达到稳定准确跟踪电流参考给定的要求，电流环的控制带宽最多只能设计到1.8k/10＝180Hz左右，而非21.6k/10＝2160Hz。即采用载波移相的调制方式，STATCOM最多只能补偿3、5次以内的谐波。实际情况也正是如此，目前使用载波移相调制方式的STATCOM只能对5次以内的低次谐波进行有效跟踪和补偿，主要用于补偿无功和发出无功调整电压的功能为主。

传统的SVG(静止无功发生器)主要具备无功补偿的功能，采用载波移相可以胜任无功补偿的需求，对于滤波，高压一般采用SVC滤除低次谐波的方式来解决，对于滤除高次谐波尚无好的解决办法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种级联H桥拓扑中可滤除高次谐波的载波电平层叠调制方法，能做到对21次以内谐波进行有效跟踪和补偿。

为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述的级联H桥拓扑中可滤除高次谐波的载波电平层叠调制方法，包括如下步骤：

步骤1，SVG采用FPGA控制器，FPGA控制器中的晶振产生一信号，此晶振信号通过DLL(内部锁相环)倍频产生一频率fc。

步骤2，电网实时频率fs通过锁相环，生成三角载波计数器M＝fc/(fs*216)，三角载波计数器从0开始增1，计数至M，达到三角载波顶点，然后减1，计数至0，如此反复循环，形成三角载波。

步骤3，SVG的电流互感器CT，提取电网侧电流信号is，根据电流环参考，经过控制环节，得到调制波。

步骤4，SVG中n级幅值和频率都相同的三角载波在横轴上下连续层叠，n级三角载波与调制波通过比较器进行比较，得到n级PWM脉冲信号。