[发明专利]基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置

说明书

基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置。传统的控制策略是检测无功分量作为补偿电流的参考，补偿精度在很大程度上取决于电压和电流采样以及检测方案。本发明组成包括主电路，主电路包括连接电网的电感，电感与飞跨电容式模块化多电平级联逆变器（1）连接，飞跨电容式模块化多电平级联逆变器与直流电压采样电路（2）连接，电感与逆变器交流电流采样电路（3）连接，DSP芯片（4）分别与直流电压采样电路、逆变器交流电流采样电路、电网电压检测电路（5）、电网负载交流电流采样电路（6）、FPGA芯片（7）连接，FPGA芯片与驱动电路（8）连接。本发明应用于基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置。

技术领域：

本发明涉及电能质量控制领域，具体涉及一种基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置，适用于解决单相负载不均匀引起的不平衡问题。

背景技术：

随着电力系统的发展，高压大功率变换器在电能转换领域中扮演着越来越重要的地位，同时商业设施负载、单相电力牵引系统、农村电力系统等用电系统引起的单相负载的不均匀分布以及电力系统故障可能导致较大的短期不平衡问题，且最近电力电子节能方案和开关模式电源的空前增长以及使用可再生能源发电机（特别是光伏电池板）的趋势加剧了这一问题。负载不平衡的不利影响包括低功率因数、增加的线路损耗和电力系统中的加热效应。

静态补偿作为不平衡补偿的有效技术，它们能够主动补偿不平衡负载，但其与不平衡网络的连接导致转换器直流侧出现二次谐波分量。如果不消除，这会在交流侧产生低次谐波电流，导致电能质量进一步恶化。当不平衡持续变化时，情况变得特别复杂。但两级全桥或经典多电平转换器是从负载电流中提取并消除负序分量，并尽可能地消除直流电压上的谐波分量。即使它们提供不平衡电流，也不存在转换器相臂电压不平衡的问题。

发明内容：

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置及无功补偿方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置，其组成包括：主电路、检测电路、控制电路和驱动电路，所述的主电路包括连接电网的电感，所述的电感与飞跨电容式模块化多电平级联逆变器连接，所述的飞跨电容式模块化多电平级联逆变器与直流电压采样电路连接，所述的电感与逆变器交流电流采样电路连接，DSP芯片分别与所述的直流电压采样电路、所述的逆变器交流电流采样电路、电网电压检测电路、电网负载交流电流采样电路、FPGA芯片连接，所述的FPGA芯片与驱动电路连接。

所述的基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置，所述的主电路拓扑结构是飞跨电容式级联拓扑结构，每一相包括三个模块，每个模块包括并联的两个H桥结构；

所述的模块包括8个功率开关管、两个飞跨电容和一个直流电容，功率开关管的发射极与功率开关管的集电极连接在一起，功率开关管的发射极与功率开关管的集电极连接在一起，功率开关管的发射极与功率开关管的集电极连接在一起，飞跨电容的正极与功率开关管、功率开关管之间的连接点相连，负极与功率开关管、功率开关管之间的连接点相连，形成H桥结构连接方式；、、、、以同样的连接方式形成另一个H桥结构，两个H桥结构通过直流电容并联在一起，即的集电极和的集电极相连后与直流电容正极连接，的发射极和发射极相连后与直流电容负极连接，、之间的连接点与、之间的连接点作为与其他模块或耦合点相连的引出点；

每相由3个所述的模块级联而成，三相采用星形连接。

所述的基于不平衡负载的飞跨电容式模块化多电平无功补偿装置，每个模块的直流电压值为飞跨电容的电压值是直流电压的一半为，每个模块共有16个有效开关状态，合成5个电压电平，即0、±0.5、±，三相中共使用了九个基本模块级联，每相三个模块级联，每相电压13个电压电平输出：0，±0.5，±，±1.5，±2，±2.5，±3。