[发明专利]一种改进型的模块化多电平STATCOM及其基频调制方法

说明书

本发明提供了一种改进型的模块化多电平STATCOM及其基频调制方法，通过加入子模块电容电压波动的影响，实现在特定谐波消去实施过程的超越非线性方程中引入了实际的补偿参数，从而得到更精确的开关角，减小输出中的谐波分量，提高直流侧电压的利用率，增大变换器效率。本发明对变换器建立了引入实际直流侧电容电压波动的数学模型，并将模型输入至控制器；基于所建立模型，求解出输出交流电压，并将该交流电压进行傅里叶分解得到各频次输出电压；利用得到的各频次输出电压进行谐波消除算法的实现，求解出开关控制角值，将求解到的开关控制信号送入驱动器内，驱动器产生驱动信号驱动功率开关器件工作，从而得到更理想的变换器输出结果。

技术领域

本发明涉及多电平STATCOM领域，尤其是一种多电平STATCOM的调制方法。

背景技术

基于电力电子器件的多电平变换器正在向高压大功率应用领域拓展，其具有低电磁干扰和低开关频率的优点。多电平变换器已成为大功率STATCOM电力电子装置中的核心部分，并被广泛应用于各种实验装置中。从所含谐波次数、损耗、成本等各方面对比考虑各种多电平拓扑结构，模块化型多电平变换器是最佳选择。

通常情况下，由m个H桥所构成的模块化型多电平变换器所需要输出的阶梯波波形用基频调制法来产生，并且可以得到m个开关角的值从而达到消除m-1个谐波的目的。但在传统的基频调制法中，开关角是在假设子模块直流侧电容电压为理想电压源的前提下所求得的，并没有考虑它的波动情况。因此，对子模块直流侧电容电压的波动过程进行研究就变得非常有必要。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种改进型的模块化型多电平STATCOM基频调制方法，解决了现有技术中未能考虑子模块直流侧电容电压波动的问题。本发明的另一目的是引入实际参数来求解精确的开关控制角值，提高直流电压利用率，降低电压输出谐波含量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改进型的模块化多电平STATCOM，变换器的每相均由多个单H桥变换器单元串联组成，每个单H桥变换器单元包含一个电容器和四个功率开关器件，其中每个功率开关器件均由IGBT管反并联二极管构成，通过控制每个单H桥变换器单元内功率开关器件，可实现不同的开关组合，在单H桥变换器单元的输出端上产生正负V_dc和0三个电平的电压输出，仅考虑每四分之一周期有一个开关角的情况，此时触发角α可控。

本发明还提供涉及所述改进型的模块化多电平STATCOM的基频调制方法，详细步骤如下：

步骤1：直流侧电容在稳态下充电并且直流侧电容电压的初始值为V_dc0，在考虑电容充放电时，单H桥变换器单元的充、放电过程为：

直流侧电容通过单H桥上的功率开关器件Ss1和Ss4和电路连接，即Ss1和Ss4导通，此时交流侧电流流经电容并对直流侧电容进行充、放电，故交流侧电流在电容电压初始值为V_dc0的基础上将引起电容电压的波动，直流侧电容电压v_dc(ωt)为公式(1)所示：

v_dc(ωt)＝V_dc0+Δv_dc(ωt) (1)

其中，v_dc(ωt)为直流侧电容电压，V_dc0为直流侧电容电压初始值，Δv_dc(ωt)为直流侧电容电压波动量；

步骤2：充放电过程由交流侧电流流入或流出电容引起，从交流侧流入或流出单H桥的电流，即i_ac(ωt)表示为式(2)：

其中，i_ac(ωt)为从交流侧流入或流出单H桥的电流，I₁为从交流侧流入或流出单H桥的电流峰值；