基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法

摘要

本发明提供了一种基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG的调制方法，包括以下的步骤：步骤S1：对于PAM单元进行PAM调节，通过基频优化PAM控制算法，使所述PAM单元输出的阶梯波逼近正弦波；步骤S2：对于所述PWM单元进行PWM调节，通过跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。本发明的技术方案，由于PAM工作于基频开关频率下其开关损耗较小；PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，有效地降低了电压电流畸变率，提高装置输出电流的质量；采用电流直接控制方法，其控制精度和响应速度有很大提高。

说明书

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是一种基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法。

背景技术

近年来，我国的电力工业发展迅速，大容量冲击性、干扰性负荷日益增多，对电力系统稳定、安全运行造成潜在威胁。而基于计算机控制的工业设备对电能质量又比较敏感，导致负荷侧对电能质量的要求越来越高。静止同步补偿器(SVG)通过对无功进行补偿，能够提高系统功率因数、减少功率损耗、提高供电质量。其中，级联SVG因功率容量大、开关频率低、输出谐波小、响应速度快等优点在高压大容量场合得到越来越广泛的应用。

级联SVG在调制方法上分为脉冲幅值调制(PAM)和脉冲宽度调制（PWM）。PAM调制是通过选取开关角度以减小低次谐波、使总谐波畸变率最小的调制方法。其开关器件工作于基频开关频率50Hz下，其开关损耗较小，但是通过实时调节开关角度来调整输出无功电压的幅值，存在着非线性方程组实时求解困难的问题，加之级联H桥数目较少时，输出电压谐波含量较大。PWM调制方法通过比较调制波与载波，控制开关器件通断，实现电压输出。但是PWM调制方法中，其开关器件工作于几百乃至上千赫兹的开关频率下，其开关损耗较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG的调制方法，其特征在于，所述SVG的拓扑结构包括第一级联H桥、第二级联H桥、第三级联H桥、第四级联H桥和第五级联H桥，其中，第一级联H桥、第二级联H桥、第三级联H桥、第四级联H桥构成PAM单元，第五级联H桥与所述PAM单元构成PWM单元，其中，所述调制方法包括以下的步骤：

步骤S1：对于PAM单元进行PAM调节，通过基频优化PAM控制算法，使所述PAM单元输出的阶梯波逼近正弦波；

步骤S2：对于所述PWM单元进行PWM调节，通过跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。

较佳地，所述的步骤S1中的基频优化算法进一步包括：

步骤S11：根据控制目标，定义最优目标函数：

步骤S12：采用迭代运算方法求解所述最优目标函数，得出各个级联H桥的开关角度；

步骤S13：将所述得出的各个级联H桥的开关角度用于各H桥开关器件的导通和关断。

较佳地，所述的步骤S12具体包括：

采用面积等效原理（面积等效原理为阶梯波一级的矩形面积等于所围的正弦波的面积）得到初始的开关角度，将初值代入进行迭代运算求解最优函数可以计算出所述各个级联H桥的开关角度。

较佳地，所述的步骤S1中进一步包括：对所述PAM单元直流侧采用脉冲轮换控制，使所述PAM单元直流侧电压在平均意义上相等，保证各H桥直流侧电压平衡。

较佳地，所述步骤S2具体包括：

步骤S21：将所述PWM单元直流侧期望电压值与实际电压值相减，并经过PI调节构成电压外环；

步骤S22：将参考电流与装置输出电流相减，并经过PI调节后构成电流内环；

步骤S23：对系统电压与所述PAM单元输出电压之差作为PWM单元调制波的一部分，以补偿所述PAM单元输出的谐波；

步骤S24：将上述步骤所得的调制波进行标幺化，即除以所述PWM单元直流侧电压，以抑制直流侧电压的波动对控制响应的影响；

其中，参考电流是由参考无功电流和参考有功电流相加得到，参考有功电流可由电压外环输出得到。

由于采用上述的技术方案，使得本发明具有以下优点：

1.PAM工作于基频开关频率下其开关损耗较小；

2.PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，有效地降低了电压电流畸变率，提高装置输出电流的质量；

3.采用电流直接控制方法，其控制精度和响应速度有很大提高。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法流程图；

图2为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的级联SVG的拓扑结构图；

图3为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PAM单元输出阶梯波合成图；

图4为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PWM单元控制原理图；

图5a为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的级联SVG输出电压迭加波形图；

图5b为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中各单相逆变H桥脉冲循环控制流程图；

图6为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PWM单元的控制原理图；

图7为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的对于PWM单元进行PWM调节，通过跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来对本发明的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法作进一步详细的说明。

图1为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法流程图；图2为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的级联SVG的拓扑结构图；图3为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PAM单元输出阶梯波合成图；图4为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PWM单元控制原理图；图5a为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的级联SVG输出电压迭加波形图；图5b为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中各单相逆变H桥脉冲循环控制流程图；图6为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PWM单元的控制原理图；图7为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的对于PWM单元进行PWM调节，通过跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制的流程图如图1所示，本发明一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法包括以下的步骤：

步骤S1：对于PAM单元进行PAM调节，通过基频优化PAM控制算法，使所述PAM单元输出的阶梯波逼近正弦波；

如图2所示，级联SVG的拓扑结构中的每一个模块由一个H桥组成，分别为第一级联H桥、第二级联H桥、第三级联H桥、第四级联H桥和第五级联H桥，其中的每个H桥有一个独立电容。第一级联H桥、第二级联H桥、第三级联H桥、第四级联H桥级联构成PAM单元，每个H桥有+E、0、-E(E为每个电容的电压值)三个电平，即四个H桥级联可以得到9个电平。第五级联H桥与PAM单元构成PWM单元。

PAM单元工作在基频开关频率，降低了开关损耗。基频优化PAM控制算法是通过选取各个H桥的开关角度来最优地降低输出电压中的谐波含量，从而保证在基频开关频率下，取得较好的谐波性能。

如图3所示，其为PAM单元中的4个级联H桥输出电压合成图。根据大容量SVG的控制要求，基频优化PAM的控制目标为：

（1）使总输出电压的基波幅值为控制目标值,

（2）使总输出电压的低次谐波性能达到最优。

如图4所示，因此，步骤S1中的基频优化算法进一步包括：

步骤S11：根据控制目标，定义最优目标函数：

步骤S12：采用迭代运算方法求解所述最优目标函数，得出各个级联H桥的开关角度；

具体为，采用面积等效原理（面积等效原理为阶梯波一级的矩形面积等于所围的正弦波的面积）得到初始的开关角度，将初值代入进行迭代运算求解最优函数可以计算出各个级联H桥的开关角度。

步骤S13：将所述得出的各个级联H桥的开关角度用于各H桥开关器件的导通和关断。

上述控制过程，保证了PAM单元输出阶梯波的总谐波含量最小。

同时，步骤S1还进一步包括：对所述PAM单元直流侧采用脉冲轮换控制，使所述PAM单元直流侧电压在平均意义上相等，保证各H桥直流侧电压平衡。

脉冲循环控制策略使得在n个周期内，各H桥直流侧电压的平均值是相等的，从而保证装置在稳态调节过程和暂态调节过程中各直流侧电压基本保持一致，进而有效使级联SVG直流侧电压平衡。

如图5a和图5b所示，具体的脉冲循环控制方案为：由于各个H桥在一个周期内的导通角度不同，为了使直流侧在平均意义上平衡，各H桥的导通角度在每个周期轮换一次，以本发明的具体实施方式为例，四个基频周期完成一次循环。

而后，图6为本发明的一个具体实施方式的基于PAM+PWM级联多电平逆变器的SVG调制方法中的PWM单元的控制原理图。请参见图6所示，进行步骤S2：对于PWM单元进行PWM调节，通过跟踪型PWM控制技术对输出无功电流瞬时值进行反馈控制。

如图7所示，PWM单元的控制具体包括：

步骤S21：将PWM单元直流侧期望电压值与实际电压值相减，并经过PI调节构成电压外环；

步骤S22：将参考电流与装置输出电流相减，并经过PI调节后构成电流内环；

步骤S23：将系统电压与PAM单元输出电压之差作为PWM单元调制波的一部分，以补偿所述PAM单元输出的谐波；

步骤S24：将上述步骤所得的调制波进行标幺化，即除以所述PWM单元直流侧电压，以抑制直流侧电压的波动对控制响应的影响；

其中，参考电流是由参考无功电流和参考有功电流相加得到，参考有功电流可由电压外环输出得到。

综上所述，本发明的本发明的基于自适应粒子群优化算法的接地网故障诊断方法中PAM工作于基频开关频率下其开关损耗较小；PWM单元对PAM单元输出阶梯波中的谐波分量进行补偿，有效地降低了电压电流畸变率，提高装置输出电流的质量；采用电流直接控制方法，其控制精度和响应速度有很大提高。

上述公开的仅为本发明的具体实施例，该实施例只为更清楚的说明本发明所用，而并非对本发明的限定，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。