CN103401253A - Svg功率单元电路、链式svg功率单元电路及静态均压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SVG功率单元电路，该SVG功率单元电路包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断，实现母线电压放电，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。另外，本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路及静态均压方法，通过检测各单元电压值，计算母线放电电压上下限值，并及时通过将有效工作功率单元母线值与放电电压上下限值的判断控制是否进行放电，通过对电压值进行调整，保证了在待机状态下功率单元能够正常工作，且单元之间电压均衡。

Description

SVG功率单元电路、链式SVG功率单元电路及静态均压方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体的说，是涉及一种SVG功率单元电路、链式SVG功率单元电路及静态均压方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，在电力电子行业中，传统的动态无功补偿（SVC）装置逐渐被静止无功发生器SVG在无功补偿领域所取代，由于受电力电子开关器件的限制，并联型SVG常用于低压供电***的无功补偿场合，对于中、高压大容量无功补偿场合，现有技术中主流SVG主电路采用基于H桥单元的链式结构组成，其模块化程度高、控制方便且维护简单，图1和图2分别为常规星形和三角形结构链式SVG接入电网的主接线图，星形和三角形主接线方案不相同，但是使用了相同的H桥功率单元。

请参阅附图3，为常规链式SVG功率单元电气拓扑结构示意图，其包含由开关管组成的H桥逆变电路、分别并联于H桥逆变电路两端的功率支撑电容Cs和均压电阻Rs、高压侧与H桥逆变电路相并联的DC/DC电路、与DC/DC电路低压侧相连的控制板以及放电电路，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，其并联于DC/DC电路的高压侧，用于在单元母线电压过高时进行放电动作。其中均压电阻Rs用于使同相每个功率单元的相电压大小一致，以实现均压；所述功率支撑电容C_S用于支撑直流母线电压，保证母线电压值在允许的范围内进行波动；所述DC/DC电路用于将H桥逆变电路两端的母线电压降压为适用于为控制板供电的电压，所述控制板用于控制H桥逆变电路中开关管的关断和放电电路中放电功率开关S的关断。当单元母线电压上升超过限制时，放电电路中的放电功率开关S闭合通过放电电阻R进行放电动作，稳定各单元间的母线电压。由于这种放电方式的放电电路在DC/DC电路的高压侧，放电电阻R承受电压较高，而放电功率因母线电压不确定而不确定，致使放电过程不易控制。

因此，针对上述母线电压放电电路电压等级高、放电功率不可控制的缺点，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种SVG功率单元电路、链式SVG功率单元电路及静态均压方法，以克服现有技术中由于母线电压放电电流电压等级高，放电功率不可控制导致在待机状态下功率单元无法正常工作，且单元之间电压不均衡的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种SVG功率单元电路，包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断。

本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路，包括n个上述权利要求1中所述SVG功率单元电路，其中相邻两个所述SVG功率单元电路交叉连接并交叉供电，n为大于1的偶数。

其中，每两个所述SVG功率单元电路交叉供电，其中，所述DC/DC电路的低压侧相并联。

在上述公开的基础上，本发明还公开了一种链式SVG功率单元静态均压方法，链式SVG每相采取相同的控制方式，该控制方法包括：

S1、获取其中一相A个有效工作的功率单元母线电压的均压值U_mean；

S2、根据所述功率单元正常工作的母线最低电压U_min、最高电压U_max和所述均压值U_mean，计算所述母线电压放电的上限值U_up-limit和下限值U_down-limit；

S3、判断所述有效工作功率单元的母线电压是否大于所述母线电压放电的上限值U_up-limit，确定是否执行放电动作；

S4、当所述母线电压大于所述上限值U_up-limit时，所述控制板发放放电命令，闭合放电开关执行放电动作；

S5、判断所述有效工作功率单元的母线电压是否小于所述母线电压放电的下限值U_down-limit，确定是否停止放电动作；

S6、当所述母线电压小于所述下限值U_down-limit时，所述控制板发放停止放电命令，打开放电开关停止放电。

其中，所述步骤S1包括：

S11、采集该相所有n个功率单元的母线电压，U₁、U₂、U₃、……U_m、……U_n；

S12、计算该相的A个有效工作功率单元母线电压之和U_all=U₁+U₂+U₃+…+U_m+…U_n；

S13、当该相功率单元均正常工作时，所述有效工作功率单元A=n，当该相一个功率单元被旁路时，所述有效工作功率单元A=n-1；

S14、每个功率单元的静态母线电压的均压值为U_mean=U_all/A。

其中，计算所述母线电压放电的上限值的步骤为：

S21、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，在没有均压控制情况下，第m个功率单元的母线电压将不断下降，其下降极限值为母线最低电压U_min，该功率单元母线电压的最大下降值为ΔU_down1=U_mean-U_min；

S22、根据相间电压总和保持不变，该功率单元下降的电压ΔU_down1将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的上升值为ΔU_up1=ΔU_down1/(n-2)；

S23、由所述均压值U_mean和所述上升值ΔU_up1得到所述母线电压放电的上限值为U_{up_limit}=U_mean+ΔU_up1。

其中，计算所述母线电压放电的下限值的步骤为：

S211、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，其余n-2个功率单元因为母线电压全部达到放电上限值U_up-limit放电时，其单元母线电压开始下降，第m个功率单元母线电压开始上升，其上升极限值为母线电压过压点U_max，该功率单元母线电压的最大上升值为ΔU_up2=U_max-U_mean；

S212、根据相间电压总和保持不变，该功率单元上升的电压ΔU_up2将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的下降值为ΔU_down2=ΔU_up2/(n-2)；

S213、由所述均压值U_mean和所述下降值ΔU_down2得到所述母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-ΔU_down2。

优选的，在该相所有功率单元都正常工作时，所述步骤S2包括：

计算功率单元母线电压放电的上限值U_{up_limit}=U_mean+X，所述0<X≤10；

计算母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-Y，所述0<Y≤10。

其中，所述X与所述Y的取值相同。

其中，所述X为1、5或10。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种SVG功率单元电路，该SVG功率单元电路包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断，实现母线电压放电，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。另外，本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路及静态均压的方法，通过检测各单元电压值，计算母线放电电压上下限值，并及时通过将有效工作功率单元母线值与放电电压上下限值的判断控制是否进行放电，通过对电压值进行调整，保证了在待机状态下功率单元能够正常工作，且单元之间电压均衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为常规星形结构链式SVG接入电网的主接线图；

图2为常规三角形结构链式SVG接入电网的主接线图；

图3为常规链式SVG功率单元电气拓扑结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种SVG功率单元电路结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种链式SVG功率单元静态均压方法的流程图；

图6为本发明实施例公开的链式SVG功率单元交叉供电结构示意图；

图7为本发明实施例公开的链式SVG工作于旁路状态时功率单元供电结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种SVG功率单元电路，该SVG功率单元电路包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断，实现母线电压放电，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。另外，本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路及均压方法，通过检测各单元电压值，计算母线放电电压上下限值，并及时通过将有效工作功率单元母线值与放电电压上下限值的判断控制是否进行放电，通过对电压值进行调整，保证了在待机状态下功率单元能够正常工作，且单元之间电压均衡。

请参阅附图4，为本发明实施例公开的一种SVG功率单元电路结构示意图。本发明实施例公开了一种SVG功率单元电路，包括：电连接的H桥逆变电路1、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路2、放电电路3和控制板4，放电电路3包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，放电电路3并联于DC/DC电路2的低压侧，控制板4控制放电功率开关S的导通和关断。

上述本发明实施例公开的SVG功率单元电路，可实现母线电压放电，放电电路所承受的压降明显降低，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。

在上述公开的一种SVG功率单元电路的基础上，本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路，该链式SVG功率单元电路包括n个上述SVG功率单元电路，其中相邻两个SVG功率单元电路交叉连接并交叉供电，n为大于1的偶数。

上述每两个SVG功率单元电路交叉供电，其中，DC/DC电路的低压侧相并联。如图6所示，为本发明实施例公开的链式SVG功率单元交叉供电结构示意图。

本发明公开的一种SVG功率单元电路及链式SVG功率单元电路，通过供电电源低压侧加入放电电路，实现母线电压放电，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。

具体的，请参阅附图6，为本发明实施例公开的链式SVG功率单元交叉供电结构示意图。图6中给出了一种单元间交叉供电电气连接电路示意图，适用于单元旁路状态下的控制板供电。如图所示的每个功率单元的直流母线电压分别通过各单元中的DC/DC电路为控制板供电，同时相邻的两个功率单元交叉连接，当其中一个功率单元不能为其控制板供电时，与其交叉连接的另一功率单元为其控制板供电。具体地，所述功率单元A_m与功率单元A_m+1的DC/DC电路的低压侧相互并联。

在上述本发明公开的实施例的基础上，请参阅附图5，为本发明实施例公开的一种链式SVG功率单元静态均压方法的流程图。本发明实施例还公开了一种链式SVG功率单元静态均压方法，每相采取相同的控制方式，该控制方法具体步骤包括：

步骤S1、获取其中一相A个有效工作的功率单元母线电压的均压值U_mean；

假设每相有n个功率单元组成，在旁路状态下，单元相电压有n-1个功率单元平均分配。三相间单元电压值可独立控制，三相控制方式相同。

具体的，步骤S1包括：

步骤S11、采集该相所有n个功率单元母线电压，U₁、U₂、U₃、……U_m、……U_n；

步骤S12、计算该相的A个有效工作功率单元母线电压之和U_all=U₁+U₂+U₃+…+U_m+…U_n；

步骤S13、当该相功率单元均正常工作时，所述有效工作功率单元A=n，当该相一个功率单元被旁路时，所述有效工作功率单元A=n-1；

步骤S14、每个功率单元的静态母线电压的均压值为U_mean=U_all/A。

步骤S2、根据功率单元正常工作的母线最低电压U_min、最高电压U_max和均压值U_mean，计算母线电压放电的上限值U_up-limit和下限值U_down-limit；

其中，上述母线电压放电的上限值的计算步骤包括：

步骤S21、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，在没有均压控制情况下，第m个功率单元的母线电压将不断下降，其下降极限值为母线最低电压U_min，该功率单元母线电压的最大下降值为ΔU_down1=U_mean-U_min；

步骤S22、根据相间电压总和保持不变，该功率单元下降的电压ΔU_down1将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的上升值为ΔU_up1=ΔU_down1/(n-2)；

步骤S23、由均压值U_mean和上升值ΔU_up1得到母线电压放电的上限值为U_{up_limit}=U_mean+ΔU_up1。

其中，上述母线电压放电的下限值的计算步骤包括：

步骤S211、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，其余n-2个功率单元因为母线电压全部达到放电上限值U_up-limit放电时，其单元母线电压开始下降，第m个功率单元母线电压开始上升，其电压上升极限值为母线电压过压点U_max，该功率单元母线电压的最大上升值为ΔU_up2=U_max-U_mean；

步骤S212、根据相间电压总和保持不变，该功率单元上升的电压ΔU_up2将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的下降值为ΔU_down2=ΔU_up2/(n-2)；

步骤S213、由均压值U_mean和下降值ΔU_down2得到母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-ΔU_down2。

步骤S3、判断有效工作功率单元的母线电压是否大于母线电压放电的上限值U_up-limit，确定是否执行放电动作；

步骤S4、当母线电压大于上限值U_up-limit时，控制板发放放电命令，闭合放电开关执行放电动作，当母线电压小于上限值时，保持原来状态；

步骤S5、判断有效工作功率单元的母线电压是否小于母线电压放电的下限值U_down-limit，确定是否停止放电动作；

步骤S6、当母线电压小于下限值U_down-limit时，控制板发放停止放电命令，打开放电开关停止放电，当母线电压大于下限值时，保持原来状态。

另外，当非旁路状态下单元损耗的差异性较大而造成单元间直流电压电压不平衡度过大时，上述母线电压上下限值依然可使用。

具体的，请参阅附图6，为本发明实施例公开的链式SVG功率单元交叉供电结构示意图。图6中给出了一种单元间交叉供电电气连接方案，适用于单元非旁路状态下的控制板供电。非旁路状态下时，相间单元间电压由均压电阻保持均压状态。同时功率单元母线电压通过DC/DC电路的开关电源给驱动控制板供电，因为每个单元驱动板功耗大致相同，因此在非旁路状态下每个功率单元的直流母线有功消耗基本保持一致，各单元直流母线电压值能保持均衡状态。

具体的，请参阅附图7，为本发明实施例公开的链式SVG工作于旁路状态时功率单元供电结构示意图。在旁路状态下时，接入高压电后，功率单元A_m+1因为输出端被外部旁路开关短接而旁路或者由内部H桥上桥臂2个IGBT导通或下桥臂2个IGBT导通形成的内部短接而旁路时，功率单元支撑电容无法通过H桥电路吸收有功能量维持母线电压值，该功率单元供电电源无法工作，在相邻单元交叉供电方案下由A_m功率单元供电电源进行供电，从整体上看该相总共n个单元，其中A_m功率单元直流侧负载为两块驱动控制板，A_m+1功率单元被旁路，其余n-2个单元直流侧负载为一块驱动控制板，在未被旁路的单元中，A_m单元直流侧负载较大，而且由于DC/DC电路输出侧负载恒功率的特性，其母线电压将逐渐下降，最终因电压过低无法为DC/DC电路提供正常工作电压，同时因为该相总直流电压保持不变，其余n-2个功率单元电压将逐渐增加。由上述分析可知，在不借助外部稳压方式下，旁路状态下SVG各功率单元静态时的母线电压处于不稳定状态。主控板根据采集到的各功率单元实时电压进行放电控制。

本发明公开的链式SVG功率单元静态均压的方法，通过检测各单元电压值，实时计算放电电压上下限值，并及时对电压值进行调整，保证了在待机状态下功率单元能够正常工作，且单元之间电压均衡。

在正常工作的情况下，由于DC/DC电路输入侧等效电阻和和单元母线电压将不断降低，最终导致功率单元内部电路不能正常工作，因此链式SVG功率单元电路也需要进行均压。

具体的，在该相n个功率单元均正常工作时，有效工作功率单元A=n，此时静态母线电压的均压值的计算步骤与上述步骤S11～S14相同。

获得功率单元母线电压放电的上限值U_up-limit和下限值U_down-limit的步骤为：

计算功率单元母线电压放电的上限值U_{up_limit}=U_mean+X，所述0<X≤10；

计算母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-Y，所述0<Y≤10。

其中，所述X与所述Y的取值相同，且所述X可以为1、5或10。

上述所述X、Y值根据方案进行相应的设计，并不限定在上述所述的取值范围和数值。

综上所述：本发明公开了一种SVG功率单元电路，该SVG功率单元电路包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，其特征在于，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断，实现母线电压放电，其放电电路放电功率恒定，达到了放电可控性的要求。另外，本发明还公开了一种链式SVG功率单元电路及静态均压方法，通过检测各单元电压值，计算母线放电电压上下限值，并及时通过将有效工作功率单元母线值与放电电压上下限值的判断控制是否进行放电，通过对电压值进行调整，保证了在待机状态下功率单元能够正常工作，且单元之间电压均衡。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种SVG功率单元电路，包括：电连接的H桥逆变电路、功率支撑电容Cs、均压电阻Rs、DC/DC电路、放电电路和控制板，所述放电电路包括串联的放电功率开关S和放电电阻R，其特征在于，所述放电电路并联于所述DC/DC电路的低压侧，所述控制板控制所述放电功率开关S的导通和关断。

2.一种链式SVG功率单元电路，其特征在于，包括n个上述权利要求1中所述SVG功率单元电路，其中相邻两个所述SVG功率单元电路交叉连接并交叉供电，n为大于1的偶数。

3.根据权利要求2所述的链式SVG功率单元电路，其特征在于，每两个所述SVG功率单元电路交叉供电，其中，所述DC/DC电路的低压侧相并联。

4.一种链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，链式SVG每相采取相同的控制方式，该控制方法包括：

S1、获取其中一相A个有效工作的功率单元母线电压的均压值U_mean；

S2、根据所述功率单元正常工作的母线最低电压U_min、最高电压U_max和所述均压值U_mean，计算所述母线电压放电的上限值U_up-limit和下限值U_down-limit；

S3、判断所述有效工作功率单元的母线电压是否大于所述母线电压放电的上限值U_up-limit，确定是否执行放电动作；

S4、当所述母线电压大于所述上限值U_up-limit时，所述控制板发放放电命令，闭合放电开关执行放电动作；

S5、判断所述有效工作功率单元的母线电压是否小于所述母线电压放电的下限值U_down-limit，确定是否停止放电动作；

S6、当所述母线电压小于所述下限值U_down-limit时，所述控制板发放停止放电命令，打开放电开关停止放电。

5.根据权利要求4所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、采集该相所有n个功率单元的母线电压，U₁、U₂、U₃、……U_m、……U_n；

S12、计算该相的A个有效工作功率单元母线电压之和U_all=U₁+U₂+U₃+…+U_m+…U_n；

S13、当该相功率单元均正常工作时，所述有效工作功率单元A=n，当该相一个功率单元被旁路时，所述有效工作功率单元A=n-1；

S14、每个功率单元的静态母线电压的均压值为U_mean=U_all/A。

6.根据权利要求4所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，计算所述母线电压放电的上限值的步骤为：

S21、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，在没有均压控制情况下，第m个功率单元的母线电压将不断下降，其下降极限值为母线最低电压U_min，该功率单元母线电压的最大下降值为ΔU_down1=U_mean-U_min；

S22、根据相间电压总和保持不变，该功率单元下降的电压ΔU_down1将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的上升值为ΔU_up1=ΔU_down1/(n-2)；

S23、由所述均压值U_mean和所述上升值ΔU_up1得到所述母线电压放电的上限值为U_{up_limit}=U_mean+ΔU_up1。

7.根据权利要求4所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，计算所述母线电压放电的下限值的步骤为：

S211、当第m+1个功率单元被旁路时，由第m个功率单元为第m+1个功率单元中的控制板供电，其余n-2个功率单元因为母线电压全部达到放电上限值U_up-limit放电时，其单元母线电压开始下降，第m个功率单元母线电压开始上升，其上升极限值为母线电压过压点U_max，该功率单元母线电压的最大上升值为ΔU_up2=U_max-U_mean；

S212、根据相间电压总和保持不变，该功率单元上升的电压ΔU_up2将均分到其余n-2个功率单元，因此其余n-2个功率单元相对均压值的下降值为ΔU_down2=ΔU_up2/(n-2)；

S213、由所述均压值U_mean和所述下降值ΔU_down2得到所述母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-ΔU_down2。

8.根据权利要求4所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，在该相所有功率单元都正常工作时，所述步骤S2包括：

计算功率单元母线电压放电的上限值U_{up_limit}=U_mean+X，所述0<X≤10；

计算母线电压放电的下限值为U_{down_limit}=U_mean-Y，所述0<Y≤10。

9.根据权利要求8所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，所述X与所述Y的取值相同。

10.根据权利要求9所述的链式SVG功率单元静态均压方法，其特征在于，所述X为1、5或10。

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