1、(19)中民國家知識局(12)發(fā)明專利(10)(45)公告號 CN 102946105 B公告日 2014.11.05(21)申請?zhí)?01210408392.6CN CN US JPUS102522749 A,2012.06.27,102723734 A,2012.10.10,6697271 B2,2004.02.24,特開 2011-182517 A,2011.09.15,7940537 B2,2011.05.10,(22)申請日2012.10.24(73)專利權(quán)人 國電自動化地址 210009 江蘇省路 38 號市鼓樓區(qū)新模范馬雷霄 等 . 并聯(lián)型級聯(lián)多電平逆變器直流電容電壓控制方法 .電

2、網(wǎng)技術(shù).2010,(72)發(fā)明人錢詩寶江道灼 等 . 單相 H 橋級聯(lián)同步補償器反饋線性化解耦控制 .電網(wǎng)技術(shù).2011,(74)專利機構(gòu)知識公司 32224有限員人(51).Cl.H02J 3/18 (2006.01)H02M 7/49 (2007.01)(56)對比文件CN CN CNCN102255603101938130102354990102270842A,2011.11.23,A,2011.01.05,A,2012.02.15,A,2011.12.07,1亥4亥2亥(54) 發(fā)明名稱級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)及控制方法(57) 摘要本發(fā)明公開了一種級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)及控

3、制方法，系統(tǒng)包括主回路、檢測回路和控制回路，主回路由級聯(lián) H 橋逆變單元、濾波電抗器、充電電阻和控制開關(guān)組成 ；檢測回路由第一至第二電流傳感器、第一至第二電壓傳感器、各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器和外部 A/D 采樣電路組成 ；控制回路由數(shù)字信號處理器、實現(xiàn)脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列主控與功率單元之間通訊的光通訊電路組成。本發(fā)明系統(tǒng)無需增加額外的功率電路不僅可以實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功和無功電流的控制，還可以分別控制每個模塊吸收的有功功率從而實現(xiàn)每個級聯(lián)功率單元直流母線電壓的平衡控制，不僅降低了系統(tǒng)硬件成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。CN 102946105 B權(quán)利要CN 102946105 B1/1

4、頁1. 一種級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)，特 包括主回路、檢測回路和控制回路，主回路由級聯(lián) H 橋功率單元、濾波電抗器1、充電電阻2和控制開關(guān)3組成 ；檢測回路由第一電流傳感器 (10)、第二電流傳感器11、第一電壓傳感器8、第二電壓傳感器9、各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器和外部 A/D 采樣電路7組成 ；控制回路由數(shù)字信號處理器4、實現(xiàn)脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列5主控與功率單元之間通訊的光通訊電路6組成 ；級聯(lián) H 橋功率單元單相 H 橋逆變器，級聯(lián)多電平逆變器的每相由 N 個功率單元聯(lián)組成，相組成，輸出相濾波電感1聯(lián)與充電電阻2的相，充電電阻2的與相電網(wǎng)相，控制開關(guān)3與充電電阻2的并聯(lián) ；

5、第一電流傳感器10和第二電流傳感器11分別級聯(lián)多電平逆變器輸出 A、C 相，第一電流傳感器10、第二電流傳感器11的輸出分別外部 A/D 采樣電路7的輸，第一電壓傳感器8和第二電壓傳感器9分別相電網(wǎng)電壓的 AB 和 BC 相，第一電壓傳感器和第二電壓傳感器的輸出分別外部 A/D 采樣電路7的輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器分別各個功率單元的直流輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器的輸出分別外部 A/D 采樣電路7的輸，外部 A/ D 采樣電路7的輸出數(shù)字信號處理器4的輸，數(shù)字信號處理器4的輸出分別控制開關(guān)的控制脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列5的輸，現(xiàn)場可編程門陣列5的輸出實現(xiàn)主控與功率單元之間通訊

6、的光通訊電路6的輸，光通訊電路6的輸出各級聯(lián) H 橋功率單元的控制。2. 權(quán)利要求 1 的級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)的控制方法，包括個部分，第一部分系統(tǒng)輸出總的有功與無功電流的控制，第二部分各個級聯(lián)功率單元直流母線電壓的平衡控制，特，包括步偸 1測的電網(wǎng)電壓，利相電網(wǎng)電壓 ；2利陣變，采樣的系統(tǒng)輸出相電流變相系有功電流 d分和無功電流 q 分，并采樣的電網(wǎng)相電壓變相系的 d 電壓分和 q 電壓分；3利流電流饋解耦控制系統(tǒng)輸出 d 電壓分和 q 電壓分，并相，出相制波并利相 S控制控制各級聯(lián)功率單元的偅動脈沖，從而實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功與無功電流的控制 ；4相系有功電流 d 分和無功電流 q 分

7、出電流與電網(wǎng)電壓的，并相出與電流同相的信號；5每相各功率單元直流電壓求和平直流電壓信號，并與本相各功率單元實直流電壓信號并 PI ， PI 輸出的信號與步偸 4的相僅控制各功率單元輸出電壓有功電壓的制波加信號；信號6步偸 5的相各功率單元制波加信號與步偸 3的相制波信號加每個功率單元新的制波信號，控制每個功率單元吸收的有功功率，從而實現(xiàn)每個功率單元直流母線電壓的平衡控制。2明CN 102946105 B1/4 頁乚0001本發(fā)明電電技術(shù)電系統(tǒng)的，及級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)及控制方法。0002 的親發(fā)，現(xiàn)代電系統(tǒng)的模不，電系統(tǒng)的、和乬出 . 電傳輸和程建電場的要功率，無功功率的補償和平衡乬，

8、多的和。電系統(tǒng)的無功補償，可以電網(wǎng)電壓，提高功率數(shù)，提高利率，網(wǎng)有功功率，提高輸電，平衡相功率，系統(tǒng)提電壓，提高系統(tǒng)性。的容無功補償多采變壓器多化主電路，多化變壓器了多乬，、線性特性控制等等。無功補償系統(tǒng)采多個單相逆變橋直聯(lián)的，與變壓器多化逆變器的無功補償系統(tǒng)相，多電平逆變器的無功補償系統(tǒng)有以 0003(1) 采通變壓器系統(tǒng)，了多化變壓器，了，降低了成本；0004(2) 系統(tǒng)動，可以分相控制以提電壓 ；0005(3) 采模塊化，容 ；0006(4) 采功率模塊，提高了可靠性 ；0007(5) 了多化逆變變壓器回路和佅和線性的電壓和電流。發(fā)明0008 本發(fā)明的的提出一種級聯(lián)多電平逆變器無功補償系

9、統(tǒng)及控制方法，可以實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功和無功電流的控制，還可以分別控制各個功率單元吸收的有功功率控制每個級聯(lián)功率單元直流母線電壓的平衡。0009 本發(fā)明實現(xiàn)的，采技術(shù)方 ；0010 本發(fā)明提一種級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)，特 包括主回路、檢測回路和控制回路，主回路由級聯(lián) H 橋功率單元、濾波電抗器、充電電阻和控制開關(guān)組成 ；檢測回路由第一至第二電流傳感器、第一至第二電壓傳感器、各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器和外部 A/D 采樣電路組成 ；控制回路由數(shù)字信號處理器、實現(xiàn)脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列主控與模塊之間通訊的光通訊電路組成 ；級聯(lián) H 橋功率單元單相 H 橋逆變器，級聯(lián)多電平逆變器的每相

10、由 N 個功率單元聯(lián)組成，相組成，輸出 相濾波電感聯(lián)與充電電阻的相，充電電阻與相電網(wǎng)相，控制開關(guān)與充電電阻并聯(lián)。第一電流傳感器和第二電流傳感器分別級聯(lián)多電平逆變器輸出 A、C 相，第一至第二電流傳感器的輸出分別外部 A/D 采樣電路的輸，第一3明CN 102946105 B2/4 頁電壓傳感器和第二電壓傳感器分別相電網(wǎng)電壓的 AB 和 BC 相，第一至第二電壓傳感器的輸出分別外部 A/D 采樣電路的輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器分別各個功率單元的直流輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器的輸出分別外部 A/D 采樣電路的輸，外部 A/D 采樣電路的輸出數(shù)字信號處理器的輸，數(shù)字信號處理器的輸出分

11、別控制開關(guān)的控制脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列的輸，現(xiàn)場可編程門陣列的輸出光通訊電路的輸，光通訊電路的輸出各級聯(lián) H橋功率單元的控制。0011本發(fā)明級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)控制方法，特，包括步偸 00121) 測的電網(wǎng)電壓，利相電網(wǎng)電壓 ；0013 2) 利陣變，采樣的系統(tǒng)輸出相電流變相系有功電流 d 分和無功電流 q 分 (d 電網(wǎng)電壓 )，并采樣的電網(wǎng)相電壓變相系的 d 電壓分和 q 電壓分；0014 3) 利流電流饋解耦控制系統(tǒng)輸出 d 電壓分和 q 電壓分，并相，出相制波并利相 S控制控制各級聯(lián)功率單元的偅動脈沖，從而實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功和無功電流的控制 ；00154) 相系有功電流d

12、 分和無功電流q 分出電流與電網(wǎng)電壓的，并相出與電流同相的信號；00165) 每相各功率單元直流電壓求和平直流電壓信號，并與本相各功率單元實電壓信號并 PI ， PI 輸出的信號與步偸 4) 的相僅控制各功率單元輸出電壓有功電壓的制波加信號；信號00176) 步偸5) 的相各功率單元制波加信號與步偸3) 的相制波信號加每個功率單元新的制波信號，控制每個功率單元吸收的有功功率，從而實現(xiàn)每個功率單元直流母線電壓的平衡控制。0018 本發(fā)明的有 本發(fā)明的級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)及控制方法，無需增加額外的功率電路，不僅可以實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功和無功電流的控制，還可以分別控制各個功率單元吸收的有功功

13、率控制每個級聯(lián)功率單元直流母線電壓的平衡，不僅降低了系統(tǒng)硬件成本，而了系統(tǒng)輸出電壓電流的波，提高了系統(tǒng)的可靠性。明0019圖 1 級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)圖；0020圖 2 系 (d,q)、系 (a,b,c) 及分解圖；0021圖 3 級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖；0022圖 4A 相各功率單元直流母線電壓平衡控制圖。0023附圖發(fā)明的技術(shù)方的說明0024本發(fā)明的級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)圖 1 ，包括主回路、檢測回路和控制回路，主回路由級聯(lián) H 橋逆變單元、濾波電抗器、充電電阻和控制開關(guān)組成 ；檢測回路4明CN 102946105 B3/4 頁由第一至第二電流傳感器、第一至第

14、二電壓傳感器、各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器和外部 A/D 采樣電路組成 ；控制回路由數(shù)字信號處理器、實現(xiàn)脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列主控與功率單元之間通訊的光通訊電路組成。0025本發(fā)明的一種級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)，特 包括主回路、檢測回路和控制回路，主回路由級聯(lián)H 橋功率單元MA1MAN，MB1MBN，MC1MCN、濾波電抗器1、充電電阻 2 和控制開關(guān) 3 組成 ；檢測回路由第一至第二電流傳感器 10、11、第一至第二電壓傳感器 8、9、各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器 DCA1 DCAN，DCB1 DCBN，DCC1和外部 A/D 采樣電路 7 組成 ；控制回路由數(shù)字信號處理器 4、

15、實現(xiàn)脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列 5主控與功率單元之間通訊的光通訊電路 6 組成 ；級聯(lián) H 橋功率單元 MA1MAN，MB1 MBN，MC1 MCN 單相 H 橋逆變器，級聯(lián)多電平逆變器的每相由 N 個功率單元聯(lián)組成，相組成，輸出相濾波電感 1 聯(lián)與充電電阻 2 的相，充電電阻 2 的與相電網(wǎng)相，控制開關(guān) 3 與充電電阻 2 的并聯(lián) ；第一電流傳感器 10 和第二電流傳感器 11 分別級聯(lián)多電平逆變器輸出 A、C 相，第一電流傳感器 10、第二電流傳感器 11 的輸出分別外部 A/D 采樣電路 7 的輸，第一電壓傳感器 8 和第二電壓傳感器 9 分別相電網(wǎng)電壓的 AB 和 BC 相，第一至第二

16、電壓傳感器 8、9的輸出分別外部A/D 采樣電路7 的輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器DCA1DCAN，DCB1 DCBN，DCC1分別各個功率單元的直流輸，各級聯(lián)功率單元直流側(cè)電壓傳感器 DCA1 DCAN，DCB1 DCBN，DCC1的輸出分別外部 A/D 采樣電路 7 的輸，外部 A/D 采樣電路 7 的輸出數(shù)字信號處理器 4 的輸，數(shù)字信號處理器 4 的輸出分別控制開關(guān)的控制脈沖分配的現(xiàn)場可編程門陣列 5 的輸，現(xiàn)場可編程門陣列 5 的輸出實現(xiàn)主控與功率單元之間通訊的光通訊電路 6 的輸，光通訊電路 6 的輸出各級聯(lián) H 橋功率單元 MA1 MAN，MB1 MBN，MC1 MCN 的

17、控制。0026本發(fā)明的級聯(lián)多電平逆變器無功補償系統(tǒng)的控制的主要包括個部分，第一部分實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功與無功電流的控制，第二部分實現(xiàn)各個級聯(lián)功率單元直流母線電壓的平衡控制。以 A 相，級聯(lián)的功率單元數(shù) N，控制方法的實現(xiàn)步偸 00271) 測的電網(wǎng)電壓，利相出電網(wǎng)電壓 ；00282) 圖 2 的系 (d,q)、系 (a,b,c) 及分解圖，利陣變， 采樣的系統(tǒng)輸出相電流 ia、ib、ic 變相系的有功電流 d 分 Id 和無功電流 q 分 Iq(d 電網(wǎng)電壓 )，并采樣的電網(wǎng)相電壓 ea、eb、 ec 變相系的 d 電壓分 Ed 和 q 電壓分 Eq ；00293) 系統(tǒng)相系 d-q 的數(shù)模型

18、，控制系統(tǒng)圖圖 3 ， 流電流控制采饋解耦控制方法并利 PI 器實現(xiàn)無靜，系統(tǒng)輸出 d 電壓分 urd 和 q 電壓分 urq，相，相制波 urA、urB、urC，并利相 S控制控制各級聯(lián)功率單元的偅動脈沖，從而輸出流電流成解耦控制，實現(xiàn)系統(tǒng)輸出總的有功與無功電流的控制；00304) 相系有功電流 d 分 Id 和無功電流 q 分 Iq，出系統(tǒng)輸出相電流與電網(wǎng)電壓的，并相5明CN 102946105 B4/4 頁 出與輸出相電流同相的 A 相、B 相、C 相的cos(+-120 )、cos(+120 ) ；信號分別 cos(+)、00315) A 相各功率單元直流電壓求和平直流電壓信號，udcANref udcA1+ udcAN)/N(udcBNref udcB1+ udcBN)ref udcC1+)/N)，并與本相各功PI 輸出的信號udcANPIout率單元實直流電壓信