CN110212545B - 静止无功发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静止无功发生器，包括：主控板和至少一个逆变器模块，所述至少一个逆变器模块检测负载电流和所述静止无功发生器的输出电流；所述主控板根据所述负载电流和所述输出电流，确定所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，根据所述负载电流的直流分量、所述输出电流的直流分量和所述输出电流的交流分量产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号，以使所述至少一个逆变器模块输出与所述负载电流相位相反的电流。本发明的静止无功发生器，能够同时进行无功功率、负载电流的三相不平衡和低次谐波电流的补偿，还可以减少故障维护时间，提高可利用率。

Description

静止无功发生器

技术领域

本发明总体说来涉及风电技术领域，更具体地讲，涉及一种静止无功发生器。

背景技术

交流电能在通过实际电力负荷消耗过程中，由于电力负荷不是纯阻性负载，会导致负荷与电网端产生无功交换，降低电网有效容量；另一方面，随着负荷端风机、水泵等非线性负载的增多，电网谐波危害日益严峻。随着电力电子技术的发展，在低压配电网中通常使用静止无功发生器(static var generator，SVG)来进行电网无功补偿与谐波补偿。传统的大功率的静止无功发生器通常包括分立元件的大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、电容和母排。

目前，当静止无功发生器内部的某一个功率器件出现故障时，整个静止无功发生器就退出运行；并且，现有的静止无功发生器体积较大，在故障维护时，需要拆除很多零部件、连接母排和电缆才能进行维护，耗时耗力，极为不便。此外，传统的大容量静止无功发生器基本是一个容量一种规格，适用性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静止无功发生器，能够同时进行无功功率、负载电流的三相不平衡和低次谐波电流的补偿，还可以减少故障维护时间，提高可利用率。

本发明提供一种静止无功发生器，包括：主控板和至少一个逆变器模块，其中，所述至少一个逆变器模块检测负载电流和所述静止无功发生器的输出电流；所述主控板根据所述负载电流和所述输出电流，确定所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，根据所述负载电流的直流分量、所述输出电流的直流分量和所述输出电流的交流分量产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号，以使所述至少一个逆变器模块输出与所述负载电流相位相反的电流。

可选地，所述静止无功发生器还包括：交流母排，其中，所述至少一个逆变器模块包括多个并联连接的逆变器模块，每个逆变器模块的交流侧分别并联连接到所述交流母排，其中，多个逆变器模块中的任意一个逆变器模块检测所述负载电流和所述输出电流，并且多个逆变器模块的输出电流之和为与所述负载电流相位相反的电流。

可选地，当逆变器模块发生故障时，故障逆变器模块产生故障信号，所述主控板基于所述故障信号停用故障逆变器模块。

可选地，所述主控板被配置为：基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第一比例积分处理，并且基于第一比例积分处理的结果和所述输出电流的交流分量，执行重复控制处理，从而得到用于产生PWM波形的基波的调制波；基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第二比例积分处理，并且基于第二比例积分处理的结果，执行比例控制处理，从而得到用于产生PWM波形的谐波的调制波；基于用于产生PWM波形的基波的调制波和用于产生PWM波形的谐波的调制波，产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

可选地，所述主控板被配置为：确定负载电流正序无功分量的直流分量、负载电流负序有功分量的直流分量、负载电流负序无功分量的直流分量和负载零序电流的直流分量；确定所述负载电流的各次谐波电流的直流分量；确定输出电流正序无功分量的直流分量、输出电流负序有功分量的直流分量、输出电流负序无功分量的直流分量和输出零序电流的直流分量；确定所述输出电流的各次谐波电流的直流分量；根据所述负载电流正序无功分量的直流分量、负载电流负序有功分量的直流分量、负载电流负序无功分量的直流分量和负载零序电流的直流分量以及所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量、所述输出电流负序无功分量的直流分量、所述输出零序电流的直流分量以及所述输出电流的交流分量，得到用于产生PWM波形的基波的调制波；根据所述负载电流的各次谐波电流的直流分量和所述输出电流的各次谐波电流的直流分量，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波；将用于产生PWM波形的基波的调制波和用于产生PWM波形的谐波的调制波相加，得到用于产生PWM波形的总的调制波，以产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

可选地，所述主控板还被配置为：利用旋转坐标变换因子对所述负载电流的各相交流分量进行旋转坐标变换，得到所述负载电流正序无功分量、所述负载电流负序有功分量和所述负载电流负序无功分量；将所述负载电流的三相平均值确定为所述负载零序电流；通过对所述负载电流正序无功分量、所述负载电流负序有功分量、所述负载电流负序无功分量进行滑动平均滤波得到所述负载电流正序无功分量的直流分量、所述负载电流负序有功分量的直流分量、所述负载电流负序无功分量的直流分量；将所述负载零序电流与所述旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述负载零序电流的直流分量。

可选地，所述主控板还被配置为：将所述负载电流的各相交流分量分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述负载电流的各次谐波电流的直流分量。

可选地，所述主控板还被配置为：利用旋转坐标变换因子对所述输出电流的各相交流分量进行旋转坐标变换，得到所述输出电流正序无功分量、所述输出电流负序有功分量和所述输出电流负序无功分量；将所述输出电流的三相平均值确定为所述输出零序电流；通过对所述输出电流正序无功分量、所述输出电流负序有功分量、所述输出电流负序无功分量进行滑动平均滤波得到所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量和所述输出电流负序无功分量的直流分量；将所述输出零序电流与所述旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波器，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述输出零序电流的直流分量。

可选地，所述主控板还被配置为：将所述输出电流的各相交流分量分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述输出电流的各次谐波电流的直流分量。

可选地，所述主控板还被配置为：对所述负载电流正序无功分量的直流分量、所述负载电流负序有功分量的直流分量、所述负载电流负序无功分量的直流分量和所述负载零序电流的直流分量进行优先级选择和限幅处理，得到所述负载电流的正序无功分量给定、所述负载电流的负序有功分量给定、所述负载电流的负序无功分量给定、所述负载零序电流的直流分量给定、；将所述负载电流的正序无功分量给定、所述负载电流的负序有功分量给定、所述负载电流的负序无功分量给定、所述负载零序电流的直流分量给定分别与所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量、所述输出电流负序无功分量的直流分量、所述输出零序电流的直流分量相减，对相减的结果执行第三比例积分处理，并对第三比例积分处理的结果进行正序反变换、负序反变换、零序反变换；将正序反变换得到的结果、负序反变换得到的结果、零序反变换得到的结果分别相加，得到三相基波电流的瞬时值给定；将所述三相基波电流的瞬时值给定分别与所述输出电流的各相交流分量相减，对相减的结果执行重复控制处理，以得到用于产生PWM波形的基波的调制波。

可选地，所述主控板还被配置为：对所述负载电流的各次谐波电流的直流分量经过谐波选择和限幅处理，得到所述负载电流的各次谐波电流给定；将所述负载电流的各次谐波电流给定分别与所述输出电流的各次谐波电流的直流分量相减，对相减的结果执行第四比例积分处理，将第四比例积分处理的结果分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，将相乘的结果相加，得到各次谐波电流的交流量给定；将所述各次谐波电流的交流量给定分别与阻抗系数相乘，并将相乘的结果分别相加，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波。

可选地，所述至少一个逆变器模块中的每个逆变器模块包括：逆变控制板和多组功率器件，其中，所述多组功率器件连接到所述交流母排，所述逆变控制板检测所述负载电流、所述输出电流和所述故障信号，并将所述负载电流、所述输出电流和所述故障信号发送给主控板。

本发明的静止无功发生器，能够同时进行无功功率、负载电流的三相不平衡和低次谐波电流的补偿，具体通过对负载电流的直流分量和静止无功发生器的输出电流的直流分量执行第一比例积分处理，以及基于第一比例积分处理的结果和该输出电流的交流分量，执行重复控制处理，从而进行基波控制；还通过对负载电流的直流分量和该输出电流的直流分量执行第二比例积分处理，以及基于第二比例积分处理的结果执行比例控制处理，从而进行谐波控制。此外，该静止无功发生器还可以减少故障维护时间，提高可利用率，尤其适用于三相四线制***。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本发明的实施例的静止无功发生器的示意图；

图2示出根据本发明的实施例的逆变器模块的示意图；

图3示出根据本发明的实施例的主控板确定负载电流的无功和不平衡直流分量的示意图；

图4示出根据本发明的实施例的主控板确定负载电流的谐波直流分量的示意图；

图5示出根据本发明的实施例的主控板确定静止无功发生器的输出电流的无功和不平衡直流分量的示意图；

图6示出根据本发明的实施例的主控板确定静止无功发生器的输出电流的谐波直流分量的示意图；

图7示出根据本发明的实施例的主控板确定基波调制波的示意图；

图8示出根据本发明的实施例的主控板确定谐波调制波的示意图；

图9示出根据本发明的实施例的静止无功发生器的补偿单相不平衡负载时的输出电流实测波形图。

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，其中，一些示例性实施例在附图中示出。

下面参照图1至图9描述根据本发明的实施例的静止无功发生器。

图1示出根据本发明的实施例的静止无功发生器的示意图。

参照图1，根据本发明的实施例的静止无功发生器包括：主控板100和至少一个逆变器模块200。

这里，至少一个逆变器模块200检测负载电流和静止无功发生器的输出电流。

主控板100根据负载电流和静止无功发生器的输出电流，确定该负载电流的直流分量和该输出电流的直流分量，根据该负载电流的直流分量、该输出电流的直流分量和该输出电流的交流分量产生用于控制至少一个逆变器模块200的驱动脉冲信号，以使至少一个逆变器模块200输出与该负载电流相位相反的电流。

优选地，至少一个逆变器模块200通过光纤网络连接到主控板100。逆变器模块200将负载电流和静止无功发生器的输出电流发送给主控板100。

这里，至少一个逆变器模块200包括多个并联连接的逆变器模块200。

在一个示例中，由于受微处理器运算速度的限制，最多支持8个逆变器模块200并联连接。具体地，通过主控板100上的8路光纤接口分别连接到每个逆变器模块200的光纤接口来进行并联控制，通过主控板100上相应的控制可以使8路用于控制逆变器模块200的驱动脉冲信号同步，从而减小逆变器模块200之间的环流。

进一步地，当任意一个逆变器模块200发生故障时，故障的逆变器模块200产生故障信号，主控板100基于该故障信号停用该故障的逆变器模块200(即，切除故障的逆变器模块)，其它未发生故障的逆变器模块可以继续正常运行，从而实现冗余控制，有效提高了***的冗余性，减少故障造成的损失。

在多个逆变器模块200并联应用时，补偿的无功、不平衡和谐波电流可以自由分配。作为示例，假设逆变器模块的数量为3个，则第一个逆变器模块可以只补偿无功，第二个逆变器模块可以只补偿不平衡，第三个逆变器模块可以只补偿谐波，或者是其它自由组合，显著增大了***的灵活性；当某个逆变器模块切入(启用)或切除(停用)时，在逆变器模块允许的电流范围内时，可以将切除的逆变器模块分配的电流分配给其他正常使用的逆变器模块。

优选地，逆变器模块200为三相两电平的逆变器模块，逆变器模块200的重量小于30kg。逆变器模块200的体积和重量小，且接线既简单又灵活，在进行故障维护时，只需更换故障的逆变器模块即可，安装和维护操作比较方便，显著减少了维护时间，增加了静止无功发生器的可利用率。

此外，静止无功发生器还包括交流母排300。

这里，每个逆变器模块200的交流侧分别并联连接到交流母排300。

具体地，多个逆变器模块中的任意一个逆变器模块200检测负载电流和静止无功发生器的输出电流，并且多个逆变器模块200的输出电流之和为与该负载电流相位相反的电流。

这里，当静止无功发生器需要扩展容量时，只需要将多个逆变器模块200的交流侧直接并联连接到交流母排上即可。

应当理解，由于静止无功发生器的直流侧不需要接负载，所以直流母排(未示出)不要接出，悬空即可。

下面结合图2来详细描述本发明的实施例的逆变器模块。

图2示出根据本发明的实施例的逆变器模块的示意图。

参照图2，根据本发明的实施例的逆变器模块200包括：逆变控制板201和多组功率器件202。

这里，多组功率器件202连接到交流母排300。

优选地，多组功率器件202包括四组功率器件。这里，多组功率器件202组成一个两电平四桥臂的逆变器拓扑，可以用来补偿三相四线制***里的不平衡电流和谐波。

优选地，每组功率器件202包括驱动板203和IGBT单元204。

逆变控制板201检测负载电流、静止无功发生器的输出电流和静止无功发生器的故障信号，并通过光纤通讯将该负载电流、该输出电流和该故障信号发送给主控板100。同时，逆变控制板201通过光纤通讯接收主控板100发送的驱动数字脉冲信号，从而完成逆变器模块的逆变控制。

此外，逆变器模块200还包括热管散热器(未示出)、薄膜支撑电容205、IGBT高频吸收电容(未示出)和一个24V控制的散热风机(未示出)。

下面结合图3至图9来详细描述本发明的实施例的静止无功发生器进行无功、电流不平衡、谐波补偿的过程。

具体地，主控板100被配置为：基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第一比例积分处理，并且基于第一比例积分处理的结果和所述输出电流的交流分量，执行重复控制(repetitive control，RC)处理，从而得到用于产生PWM波形的基波的调制波；基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第二比例积分处理，并且基于第二比例积分处理的结果，执行比例控制处理，从而得到用于产生PWM波形的谐波的调制波；基于用于产生PWM波形的基波的调制波和用于产生PWM波形的谐波的调制波，产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

图3示出根据本发明的实施例的主控板确定负载电流的无功和不平衡直流分量的示意图。

参照图3，主控板100被配置为：确定负载电流正序无功分量的直流分量L_ILqP、负载电流负序有功分量的直流分量L_ILdN、负载电流负序无功分量的直流分量L_ILqN和负载零序电流iL0的直流分量L_IL0X、L_IL0Y。

具体地，主控板100被配置为：利用旋转坐标变换因子对该负载电流的各相交流分量iLa、iLb、iLc进行旋转坐标变换，得到该负载电流正序无功分量iLqp、该负载电流负序有功分量iLdn和该负载电流负序无功分量iLqn；将该负载电流的三相平均值确定为所述负载零序电流iL0；通过对该负载电流正序无功分量iLqp、该负载电流负序有功分量iLdn、该负载电流负序无功分量iLqn进行滑动平均滤波(moving average filtering，MAF)得到该负载电流正序无功分量的直流分量L_ILqP、该负载电流负序有功分量的直流分量L_ILdN、该负载电流负序无功分量的直流分量L_ILqN；将该负载零序电流iL0与旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到该负载零序电流iL0的直流分量L_IL0X、L_IL0Y。

这里，旋转坐标变换因子为任意一个逆变器模块200检测的电网电压Ua、Ub、Uc经过锁相环PLL得到的所述电网电压的相位的正弦值sin(wt)和所述电网电压的相位的余弦值cos(wt)。

图4示出根据本发明的实施例的主控板确定负载电流的谐波直流分量的示意图。

参照图4，主控板100被配置为：确定该负载电流的各次谐波电流的直流分量L_ILakX、L_ILakY、L_ILbkX、L_ILbkY、L_ILckX、L_ILckY。

具体地，主控板100被配置为：将负载电流的各相交流分量iLa、iLb、iLc分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到该负载电流的各次谐波电流的直流分量L_ILakX、L_ILakY、L_ILbkX、L_ILbkY、L_ILckX、L_ILckY。

这里，奇次旋转坐标变换因子为奇次倍的所述相位的正弦值sin(kwt)和奇次倍的所述相位的余弦值cos(kwt)(k＝3、5、7、11、13)。

图5示出根据本发明的实施例的主控板确定静止无功发生器的输出电流的无功和不平衡直流分量的示意图。

参照图5，主控板100被配置为：确定静止无功发生器的输出电流正序无功分量的直流分量L_IFqP、输出电流负序有功分量的直流分量L_IFdN、输出电流负序无功分量的直流分量L_IFqN和输出零序电流iF0的直流分量L_IF0X、L_IF0Y。

具体地，主控板100被配置为：利用旋转坐标变换因子对该输出电流的各相交流分量iFa、iFb、iFc进行旋转坐标变换，得到该输出电流正序无功分量iFqp、该输出电流负序有功分量iFdn和该输出电流负序无功分量iFqn；将该输出电流的三相平均值确定为该输出零序电流iF0；通过对该输出电流正序无功分量iFqp、该输出电流负序有功分量iFdn、该输出电流负序无功分量iFqn进行滑动平均滤波得到该输出电流正序无功分量的直流分量L_IFqP、该输出电流负序有功分量的直流分量L_IFdN和该输出电流负序无功分量的直流分量L_IFqN；将该输出零序电流iF0与旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波器，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到该输出零序电流iF0的直流分量L_IF0X、L_IF0Y。

图6示出根据本发明的实施例的主控板确定静止无功发生器的输出电流的谐波直流分量的示意图。

参照图6，主控板100被配置为：确定静止无功发生器的输出电流的各次谐波电流的直流分量L_IFakX、L_IFakY、L_IFbkX、L_IFbkY、L_IFckX、L_IFckY。

具体地，主控板100被配置为：将该输出电流的各相交流分量iFa、iFb、iFc分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到该输出电流的各次谐波电流的直流分量L_IFakX、L_IFakY、L_IFbkX、L_IFbkY、L_IFckX、L_IFckY。

图7示出根据本发明的实施例的主控板确定基波调制波的示意图，图7也示出了无功和不平衡电流环控制原理框图。

参照图7，主控板100被配置为：根据负载电流正序无功分量的直流分量L_ILqP、负载电流负序有功分量的直流分量L_ILdN、负载电流负序无功分量的直流分量L_ILqN和负载零序电流iL0的直流分量L_IL0X、L_IL0Y以及静止无功发生器的输出电流正序无功分量的直流分量L_IFqP、静止无功发生器的输出电流负序有功分量的直流分量L_IFdN、静止无功发生器的输出电流负序无功分量的直流分量L_IFqN、静止无功发生器的输出零序电流iF0的直流分量L_IF0X、L_IF0Y以及静止无功发生器的输出电流的交流分量，得到用于产生PWM波形的基波的调制波Pwm_IFaout、Pwm_IFbout、Pwm_IFcout。

具体地，主控板100被配置为：对负载电流正序无功分量的直流分量L_ILqP、负载电流负序有功分量的直流分量L_ILdN、负载电流负序无功分量的直流分量L_ILqN和负载零序电流iL0的直流分量L_IL0X、L_IL0Y进行优先级选择和限幅处理(优先级选择可以选择无功优先，或不平衡优先，或同时补偿，限幅环节是为了限制总的补偿电流有效值不超过模块允许的最大电流)，得到该负载电流的正序无功分量给定IqRef、该负载电流的负序有功分量给定IdNRef、该负载电流的负序无功分量给定IqNRef、该负载零序电流的直流分量给定I0XRef、I0Yref；将该负载电流的正序无功分量给定IqRef、该负载电流的负序有功分量给定IdNRef、该负载电流的负序无功分量给定IqNRef、该负载零序电流的直流分量给定I0XRef、I0Yref分别与该输出电流正序无功分量的直流分量L_IFqP、该输出电流负序有功分量的直流分量L_IFdN、该输出电流负序无功分量的直流分量L_IFqN、该输出零序电流iF0的直流分量L_IF0X、L_IF0Y相减，对相减的结果执行第三比例积分(PI)处理，并对第三比例积分处理的结果进行正序反变换、负序反变换、零序反变换；将正序反变换得到的结果、负序反变换得到的结果、零序反变换得到的结果分别相加，得到三相基波电流的瞬时值给定iaRef、ibRef、icRef；将该三相基波电流的瞬时值给定iaRef、ibRef、icRef分别与该输出电流的各相交流分量iFa、iFb、iFc相减，对相减的结果执行重复控制处理，以得到用于产生PWM波形的基波的调制波Pwm_IFaout、Pwm_IFbout、Pwm_IFcout。

本实施例中，重复控制可以抑制实际输出电流产生的谐波和消除电流的稳态误差，可以根据历史的偏差来校正当前的输出。本实施例采用了超前4拍的方法，根据上一个电网周期电流的偏差提前4拍对偏差进行校正，有效减小IGBT驱动脉冲中的死区和电网电压谐波对输出电流谐波的影响，并极大地消除了电流跟踪的稳态误差。

这里，主控板100被配置为：将该负载电流的正序无功分量给定IqRef与该输出电流正序无功分量的直流分量L_IFqP相减，对相减的结果执行第三比例积分处理，并对第三比例积分处理的结果进行正序反变换得到ipRefa、ipRefb、ipRefc；将该负载电流的负序有功分量给定IdNRef与该输出电流负序有功分量的直流分量L_IFdN相减，对相减的结果执行第三比例积分处理得到第一结果；再将该负载电流的负序无功分量给定IqNRef与该输出电流负序无功分量的直流分量L_IFqN相减，对相减的结果执行第三比例积分处理得到第二结果，然后对第一结果和第二结果进行负序反变换得到inRefa、inRefb、inRefc；将该负载零序电流的直流分量给定I0XRef、I0Yref分别与该输出零序电流iF0的直流分量L_IF0X、L_IF0Y相减，对相减的两个结果执行第三比例积分处理，并对第三比例积分处理的结果进行零序反变换得到i0Ref；然后将正序反变换得到的结果ipRefa、负序反变换得到的结果inRefa和零序反变换得到的结果i0Ref相加得到三相基波电流的瞬时值给定iaRef，将正序反变换得到的结果ipRefb、负序反变换得到的结果inRefb和零序反变换得到的结果i0Ref相加得到三相基波电流的瞬时值给定ibRef，将正序反变换得到的结果ipRefc、负序反变换得到的结果inRefc和零序反变换得到的结果i0Ref相加得到三相基波电流的瞬时值给定icRef。

图8示出根据本发明的实施例的主控板确定谐波调制波的示意图，也示出了谐波电流环控制原理框图。

参照图8，主控板100被配置为：根据负载电流的各次谐波电流的直流分量L_ILakX、L_ILakY、L_ILbkX、L_ILbkY、L_ILckX、L_ILckY和静止无功发生器的输出电流的各次谐波电流的直流分量L_IFakX、L_IFakY、L_IFbkX、L_IFbkY、L_IFckX、L_IFckY，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波Pwm_IHaout、Pwm_IHbout、Pwm_IHcout。

具体地，主控板100被配置为：对负载电流的各次谐波电流的直流分量L_ILakX、L_ILakY、L_ILbkX、L_ILbkY、L_ILckX、L_ILckY经过谐波选择和限幅处理，得到该负载电流的各次谐波电流给定IakXRef、IakYRef、IbkXRef、IbkYRef、IckXRef、IckYRef；将该负载电流的各次谐波电流给定IakXRef、IakYRef、IbkXRef、IbkYRef、IckXRef、IckYRef分别与该输出电流的各次谐波电流的直流分量L_IFakX、L_IFakY、L_IFbkX、L_IFbkY、L_IFckX、L_IFckY(k＝3、5、7、11、13)相减，对相减的结果执行第四比例积分处理，将第四比例积分处理的结果分别与奇次旋转坐标变换因子sin(kwt)、cos(kwt)相乘，将相乘的结果相加，得到各次谐波电流的交流量给定ihaRef、ihbRef、ihcRef；将各次谐波电流的交流量给定ihaRef、ihbRef、ihcRef分别与阻抗系数Ck相乘，并将相乘的结果分别相加，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波Pwm_IHaout、Pwm_IHbout、Pwm_IHcout。

这里，各次谐波对应不同的阻抗系数Ck。

此外，主控板100还被配置为：将用于产生PWM波形的基波的调制波Pwm_IFaout、Pwm_IFbout、Pwm_IFcout和用于产生PWM波形的谐波的调制波Pwm_IHaout、Pwm_IHbout、Pwm_IHcout相加，得到用于产生PWM波形的总的调制波，以产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

图9示出根据本发明的实施例的静止无功发生器的补偿单相不平衡负载时的输出电流实测波形图。

参照图9，A、B、C、N分别代表静止无功发生器输出的各相电流，由图9可知，只有A相和N相之间输出单相的180A不平衡电流，来补偿负载的不平衡电流，从而保证了电网电流的平衡，有效验证了本发明的三相四桥臂拓扑结构的优越性。

由于内部控制无功、不平衡和谐波的电流采用的是PI调节器控制，PI调节器只能对直流量进行无静差跟踪，所以需要将负载电流的无功、不平衡和谐波分量转化为直流量来进行控制。本发明的实施例对无功、不平衡和谐波电流的检测均采用滑动平均滤波器(MAF)的方法检测，滑动平均滤波器实现方法是连续取N个采样值看成一个循环队列，队列长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据(先进先出原则)，滤波器每次输出的数据总是当前队列中的N个数据的算术平均值。用这种方法每次只需要对当前采样点进行计算，计算量小。谐波控制时只对单相电流进行变换，更适合于三相四线制静止无功发生器对单相谐波电流的控制，所以在谐波选择和限幅功能上更简单灵活。

此外，本发明的实施例的静止无功发生器，能够同时进行无功功率、负载电流的三相不平衡和低次谐波电流的补偿，具体通过对负载电流的直流分量和静止无功发生器的输出电流的直流分量执行第一比例积分处理，以及基于第一比例积分处理的结果和该输出电流的交流分量，执行重复控制处理，从而进行基波控制；还通过对负载电流的直流分量和该输出电流的直流分量执行第二比例积分处理，以及基于第二比例积分处理的结果执行比例控制处理，从而进行谐波控制。此外，该静止无功发生器还可以减少故障维护时间，提高可利用率，尤其适用于三相四线制***。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种静止无功发生器，其特征在于，包括：主控板和至少一个逆变器模块，

其中，所述至少一个逆变器模块检测负载电流和所述静止无功发生器的输出电流；

所述主控板根据所述负载电流和所述输出电流，确定所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，根据所述负载电流的直流分量、所述输出电流的直流分量和所述输出电流的交流分量产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号，以使所述至少一个逆变器模块输出与所述负载电流相位相反的电流；

所述主控板被配置为：

基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第一比例积分处理，并且基于第一比例积分处理的结果和所述输出电流的交流分量，执行重复控制处理，从而得到用于产生PWM波形的基波的调制波；

基于所述负载电流的直流分量和所述输出电流的直流分量，执行第二比例积分处理，并且基于第二比例积分处理的结果，执行比例控制处理，从而得到用于产生PWM波形的谐波的调制波；

基于用于产生PWM波形的基波的调制波和用于产生PWM波形的谐波的调制波，产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

2.如权利要求1所述的静止无功发生器，其特征在于，所述静止无功发生器还包括：交流母排，

其中，所述至少一个逆变器模块包括多个并联连接的逆变器模块，

每个逆变器模块的交流侧分别并联连接到所述交流母排，

其中，多个逆变器模块中的任意一个逆变器模块检测所述负载电流和所述输出电流，并且多个逆变器模块的输出电流之和为与所述负载电流相位相反的电流。

3.如权利要求2所述的静止无功发生器，其特征在于，当逆变器模块发生故障时，故障逆变器模块产生故障信号，所述主控板基于所述故障信号停用故障逆变器模块。

4.如权利要求1所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板被配置为：

确定负载电流正序无功分量的直流分量、负载电流负序有功分量的直流分量、负载电流负序无功分量的直流分量和负载零序电流的直流分量；

确定所述负载电流的各次谐波电流的直流分量；

确定输出电流正序无功分量的直流分量、输出电流负序有功分量的直流分量、输出电流负序无功分量的直流分量和输出零序电流的直流分量；

确定所述输出电流的各次谐波电流的直流分量；

根据所述负载电流正序无功分量的直流分量、负载电流负序有功分量的直流分量、负载电流负序无功分量的直流分量和负载零序电流的直流分量以及所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量、所述输出电流负序无功分量的直流分量、所述输出零序电流的直流分量以及所述输出电流的交流分量，得到用于产生PWM波形的基波的调制波；

根据所述负载电流的各次谐波电流的直流分量和所述输出电流的各次谐波电流的直流分量，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波；

将用于产生PWM波形的基波的调制波和用于产生PWM波形的谐波的调制波相加，得到用于产生PWM波形的总的调制波，以产生用于控制所述至少一个逆变器模块的驱动脉冲信号。

5.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

利用旋转坐标变换因子对所述负载电流的各相交流分量进行旋转坐标变换，得到所述负载电流正序无功分量、所述负载电流负序有功分量和所述负载电流负序无功分量；

将所述负载电流的三相平均值确定为所述负载零序电流；

通过对所述负载电流正序无功分量、所述负载电流负序有功分量、所述负载电流负序无功分量进行滑动平均滤波得到所述负载电流正序无功分量的直流分量、所述负载电流负序有功分量的直流分量、所述负载电流负序无功分量的直流分量；

将所述负载零序电流与所述旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述负载零序电流的直流分量。

6.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

将所述负载电流的各相交流分量分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述负载电流的各次谐波电流的直流分量。

7.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

利用旋转坐标变换因子对所述输出电流的各相交流分量进行旋转坐标变换，得到所述输出电流正序无功分量、所述输出电流负序有功分量和所述输出电流负序无功分量；

将所述输出电流的三相平均值确定为所述输出零序电流；

通过对所述输出电流正序无功分量、所述输出电流负序有功分量、所述输出电流负序无功分量进行滑动平均滤波得到所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量和所述输出电流负序无功分量的直流分量；

将所述输出零序电流与所述旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波器，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述输出零序电流的直流分量。

8.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

将所述输出电流的各相交流分量分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，对相乘的结果进行滑动平均滤波，并将滑动平均滤波的结果乘以2，得到所述输出电流的各次谐波电流的直流分量。

9.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

对所述负载电流正序无功分量的直流分量、所述负载电流负序有功分量的直流分量、所述负载电流负序无功分量的直流分量和所述负载零序电流的直流分量进行优先级选择和限幅处理，得到所述负载电流的正序无功分量给定、所述负载电流的负序有功分量给定、所述负载电流的负序无功分量给定、所述负载零序电流的直流分量给定；

将所述负载电流的正序无功分量给定、所述负载电流的负序有功分量给定、所述负载电流的负序无功分量给定、所述负载零序电流的直流分量给定分别与所述输出电流正序无功分量的直流分量、所述输出电流负序有功分量的直流分量、所述输出电流负序无功分量的直流分量、所述输出零序电流的直流分量相减，对相减的结果执行第三比例积分处理，并对第三比例积分处理的结果进行正序反变换、负序反变换、零序反变换；

将正序反变换得到的结果、负序反变换得到的结果、零序反变换得到的结果分别相加，得到三相基波电流的瞬时值给定；

将所述三相基波电流的瞬时值给定分别与所述输出电流的各相交流分量相减，对相减的结果执行重复控制处理，以得到用于产生PWM波形的基波的调制波。

10.如权利要求4所述的静止无功发生器，其特征在于，所述主控板还被配置为：

对所述负载电流的各次谐波电流的直流分量经过谐波选择和限幅处理，得到所述负载电流的各次谐波电流给定；

将所述负载电流的各次谐波电流给定分别与所述输出电流的各次谐波电流的直流分量相减，对相减的结果执行第四比例积分处理，将第四比例积分处理的结果分别与奇次旋转坐标变换因子相乘，将相乘的结果相加，得到各次谐波电流的交流量给定；

将所述各次谐波电流的交流量给定分别与阻抗系数Ck相乘，并将相乘的结果分别相加，得到用于产生PWM波形的谐波的调制波。

11.如权利要求2所述的静止无功发生器，其特征在于，所述至少一个逆变器模块中的每个逆变器模块包括：逆变控制板和多组功率器件，

其中，所述多组功率器件连接到所述交流母排，

所述逆变控制板检测所述负载电流、所述输出电流和故障信号，并将所述负载电流、所述输出电流和所述故障信号发送给主控板。

Images