[發明專利]一種改進型的模塊化多電平STATCOM及其基頻調制方法

在審

• 申請號: 201811500686.5
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109450282A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 申科;趙國棟;趙丹
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種改進型的模塊化多電平STATCOM及其基頻調制方法，通過加入子模塊電容電壓波動的影響，實現在特定諧波消去實施過程的超越非線性方程中引入了實際的補償參數，從而得到更精確的開關角，減小輸出中的諧波分量，提高直流側電壓的利用率，增大變換器效率。本發明對變換器建立了引入實際直流側電容電壓波動的數學模型，并將模型輸入至控制器；基于所建立模型，求解出輸出交流電壓，并將該交流電壓進行傅里葉分解得到各頻次輸出電壓；利用得到的各頻次輸出電壓進行諧波消除算法的實現，求解出開關控制角值，將求解到的開關控制信號送入驅動器內，驅動器產生驅動信號驅動功率開關器件工作，從而得到更理想的變換器輸出結果。

技術領域

本發明涉及多電平STATCOM領域，尤其是一種多電平STATCOM的調制方法。

背景技術

基于電力電子器件的多電平變換器正在向高壓大功率應用領域拓展，其具有低電磁干擾和低開關頻率的優點。多電平變換器已成為大功率STATCOM電力電子裝置中的核心部分，并被廣泛應用于各種實驗裝置中。從所含諧波次數、損耗、成本等各方面對比考慮各種多電平拓撲結構，模塊化型多電平變換器是最佳選擇。

通常情況下，由m個H橋所構成的模塊化型多電平變換器所需要輸出的階梯波波形用基頻調制法來產生，并且可以得到m個開關角的值從而達到消除m-1個諧波的目的。但在傳統的基頻調制法中，開關角是在假設子模塊直流側電容電壓為理想電壓源的前提下所求得的，并沒有考慮它的波動情況。因此，對子模塊直流側電容電壓的波動過程進行研究就變得非常有必要。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種改進型的模塊化型多電平STATCOM基頻調制方法，解決了現有技術中未能考慮子模塊直流側電容電壓波動的問題。本發明的另一目的是引入實際參數來求解精確的開關控制角值，提高直流電壓利用率，降低電壓輸出諧波含量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種改進型的模塊化多電平STATCOM，變換器的每相均由多個單H橋變換器單元串聯組成，每個單H橋變換器單元包含一個電容器和四個功率開關器件，其中每個功率開關器件均由IGBT管反并聯二極管構成，通過控制每個單H橋變換器單元內功率開關器件，可實現不同的開關組合，在單H橋變換器單元的輸出端上產生正負V_dc和0三個電平的電壓輸出，僅考慮每四分之一周期有一個開關角的情況，此時觸發角α可控。

本發明還提供涉及所述改進型的模塊化多電平STATCOM的基頻調制方法，詳細步驟如下：

步驟1：直流側電容在穩態下充電并且直流側電容電壓的初始值為V_dc0，在考慮電容充放電時，單H橋變換器單元的充、放電過程為：

直流側電容通過單H橋上的功率開關器件Ss1和Ss4和電路連接，即Ss1和Ss4導通，此時交流側電流流經電容并對直流側電容進行充、放電，故交流側電流在電容電壓初始值為V_dc0的基礎上將引起電容電壓的波動，直流側電容電壓v_dc(ωt)為公式(1)所示：

v_dc(ωt)＝V_dc0+Δv_dc(ωt) (1)

其中，v_dc(ωt)為直流側電容電壓，V_dc0為直流側電容電壓初始值，Δv_dc(ωt)為直流側電容電壓波動量；

步驟2：充放電過程由交流側電流流入或流出電容引起，從交流側流入或流出單H橋的電流，即i_ac(ωt)表示為式(2)：

其中，i_ac(ωt)為從交流側流入或流出單H橋的電流，I₁為從交流側流入或流出單H橋的電流峰值；