[發明專利]基于IGBT的級聯多電平功率變換器控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201410095017.X
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103856090A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 林永;羅智
• 申請（專利權）人: 寧波理工電力電子設備有限公司
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49;H02J3/18;H02P1/26
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 曹洪進

技術領域

本發明涉及電力電子技術應用領域，具體涉及一種基于IGBT的級聯多電平功率變換器控制裝置及控制方法。

背景技術

高壓大容量電機啟動瞬間，電源輸出端會產生大電流，對電網沖擊很大，容易造成器件老化甚至損壞，縮短電機使用壽命，所以要采用軟啟動使電源輸出能量由小逐漸上升以便使電機能夠在不過流不受大沖擊的情況下平穩升速至正常運行狀態。

電力系統無功平衡對提高全網經濟效益和改善供電質量至關重要，隨著大功率有源器件及控制技術的發展，使得瞬時性的動態無功補償得以實現，電能質量得到很好的改善。采用鏈式H橋型拓撲結構的SVG裝置，以技術成熟，價格低廉，模塊化結構等優點獲得了廣泛的應用。

現有技術中，軟啟動和SVG無功補償功能一般都是由獨立分開的不同裝置來實現的，這增加了用戶的用電系統電路的復雜程度以及設備成本，并且使得調試變為復雜，可靠性差。

發明內容

針對以上問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于IGBT的級聯多電平功率變換器控制裝置及控制方法，具備啟動性能好、可靠性能好、利用率高、可實現電機軟啟動和SVG動態無功補償切換的特點。

為解決上述技術問題，本發明首先提供一種基于IGBT的級聯多電平功率變換器控制裝置，它包括：主電路回路和控制系統；所述主電路回路包括各相主開關、各相前端連接電抗器、各相鏈式串聯功率單元組、各相限流電阻、各相接觸器、各相后端連接電抗器、各相第一軟啟動切換開關、各相第二軟啟動切換開關和各相無功運行切換開關；所述各相主開關、各相前端連接電抗器、各相鏈式串聯功率單元組、各相限流電阻、各相接觸器和各相后端連接電抗器在每一相內依次串聯連接，各相前端連接電抗器、各相鏈式串聯功率單元組、各相限流電阻、各相接觸器和各相后端連接電抗器在每一相內與各相第一軟啟動切換開關并聯，各相第二軟啟動切換開關分別與各相后端連接電抗器、各相第一軟啟動切換開關在每一相內串聯后與電機連接；所述電機通過所述各相無功運行切換開關連接主電路母線；

所述控制系統與各相鏈式串聯功率單元組通過光纖信號連接，該控制系統還與第一、第二軟啟動切換開關、無功運行切換開關相連接，以控制第一、第二軟啟動切換開關、無功運行切換開關的狀態。

在上述方案基礎上進一步的技術方案是：所述鏈式串聯功率單元組采用多個低壓的功率單元串聯組成，實現高壓，根據系統側電壓等級確定串聯的功率單元個數，所述單個功率單元包括IGBT、驅動板、直流電容和熱管散熱器，通過控制系統的驅動信號控制IGBT的開通與關斷。

所述第一、第二軟啟動切換開關、無功運行切換開關均為晶閘管型開關，所述晶閘管型開關由一對正反向并聯的晶閘管開關組成；所述晶閘管開關包括光電接口電路、觸發脈沖電路、驅動放大電路和可控硅；所述光電接口電路接收到控制系統的光信號后，經過光電轉換、觸發脈沖電路、信號整形放大形成可控硅導通角的觸發脈沖，對可控硅的導通狀態進行控制，實現電壓過零時導通、電流為零時切除。

所述控制系統包括采樣單元、三相鎖相環單元、無功有功解耦控制系統、SPWM輸出控制系統、保護單元和LCD觸摸屏操作面板。

所述采樣單元，用于通過電流霍爾元件對電網系統三相電壓、電流、功率單元直流電容電壓采樣。

所述三相鎖相環單元，用于實現對三相電網電壓的頻率和相位的實時跟蹤。

所述無功有功解耦控制系統由兩路閉環反饋控制模塊和坐標變換模塊組成。所述兩路閉環反饋控制模塊分別是直流側電容電壓反饋控制環節和功率單元輸出電流反饋控制環節，所述反饋控制環節由誤差檢測和PID調節器組成，完成被控量的動態調節，實現閉環控制目的。所述坐標變換模塊包括abc‐dq0變換和dq0‐abc逆變換，完成各量在不同參考坐標系中的變換。

所述SPWM輸出控制系統，用于通過無功有功解耦控制模塊的輸出，利用SPWM算法，產生PWM驅動脈沖信號，控制功率單元的輸出電流，實時跟蹤給定無功電流的變化，從而實現實時的電流補償。

本發明同時提出了所述基于IGBT的級聯多電平功率變換器控制裝置的控制方法，進行軟啟動和SVG動態無功補償，其步驟為：

A、在電機啟動狀態下：控制系統控制第一、第二軟啟動切換開關的閉合，無功運行切換開關的斷開，鏈式串聯功率單元組成為電機的軟啟動裝置，分別對速度、磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制電機轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制，實現電網系統中電機的軟啟動；