鏈式svg模塊均壓控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種鏈式SVG模塊均壓控制方法和電路，三相功率模塊中的每一相功率模塊包括多個H橋模塊，還包括一中心控制器、多個采樣控制器、多個均壓支路，每個H橋模塊直流側電容并聯(lián)一均壓支路，每個H橋模塊直流母線連接一采樣控制器，采樣控制器數(shù)據(jù)輸出端連接中心控制器的一輸入端，控制輸入端連接中心控制器的一輸出端，控制輸出端連接均壓支路的控制輸入端。中心控制器通過采集控制器采集鏈接內部所有H橋模塊的直流母線電壓值，并對直流電壓值進行求平均值運算和均壓控制運算，通過光纖發(fā)射對于H橋模塊的控制脈沖。本實用新型能夠保證每個H橋模塊完全一致，工藝簡單、便于批量化生產(chǎn)。電壓均壓效果與電流大小無關，電流很小時能達到滿意效果。
【專利說明】鏈式SVG模塊均壓控制電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電壓控制電路，具體涉及一種鏈式SVG模塊均壓控制方法和電路。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的發(fā)展，基于大功率可關斷器件(IGBT、IGCT)的靜止同步補償器(SVG)得到飛速發(fā)展，6KV、10KV、35KV等不同電壓等級的直掛裝置都已經(jīng)實現(xiàn)了工廠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，SVG可以快速補償負載或者電網(wǎng)的無功或者諧波電流，提高電網(wǎng)功率因數(shù)和降低諧波含量，逐漸擴大的市場份額替代了大批的老式無功補償裝置，如SVC、固定投切電容器
坐寸ο
[0003]中高壓SVG主電路結構主要包括多重化、鏈式等多電平結構，其中鏈式SVG以其眾多優(yōu)勢獲得飛速發(fā)展，鏈式SVG每相都是由多個結構完全相同的功率模塊組成，N個功率模塊疊加電壓最終實現(xiàn)電壓等級的提高，同時多電平電壓的疊加保證了良好的波形質量，大大減少了輸出電壓的諧波含量。
[0004]鏈式SVG各個功率模塊直流側相互獨立，如果不進行均壓控制可能會造成直流側母線電壓的偏差變大，會導致輸出波形質量變差，嚴重時會造成功率模塊過壓故障擊穿功率器件。因此必須采取必要的措施進行功率模塊的均壓控制。
[0005]中國專利03142679.4和200910238798.2都提出了鏈式SVG功率模塊直流側電壓均壓控制的電路和方法，他們通過附加的外部設備使H橋級聯(lián)功率模塊之間進行能量交換，從而實現(xiàn)電容電壓的均衡控制，但是他們的附加外部電路非常復雜，同時級聯(lián)功率模塊之間通過變壓器間接連接到一起，無法做到真正的電氣絕緣，對附加設備特別是變壓器的電壓隔離能力提出了較高的要求。
[0006]中國專利200610113547.8提出了鏈式SVG功率模塊直流側電壓均衡的軟件控制方法，該方法通過對功率模塊的開關信號進行基于直流電壓的微調，從而通過鏈接電流給功率模塊充放電的方式進行直流側電壓均衡控制，該方法在鏈接電流很小的時候無法達到預期的均壓效果。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種鏈式SVG模塊均壓控制方法和電路。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術手段實現(xiàn)的:
[0009]鏈式SVG功率模塊均壓控制方法，
[0010]a.采集單相功率模塊內H橋模塊的直流母線電壓值；
[0011]b.將采集的多個直流母線電壓并求平均值；
[0012]c.平均值與H橋模塊的實時電壓值進行比較，控制該功率模塊的電能損耗。
[0013]具體的，控制H橋模塊的電能損耗通過控制與H橋模塊并聯(lián)支路消耗的電能量實現(xiàn)。優(yōu)選采用控制該支路的運行占空比實現(xiàn)。
[0014]實現(xiàn)上述方法的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，三相功率模塊中的每一相功率模塊包括多個H橋模塊，還包括一中心控制器、多個采樣控制器、多個均壓支路，每個H橋模塊直流側電容并聯(lián)一均壓支路，每個H橋模塊直流母線連接一采樣控制器，采樣控制器數(shù)據(jù)輸出端連接中心控制器的一輸入端，控制輸入端連接中心控制器的一輸出端，控制輸出端連接均壓支路的控制輸入端。
[0015]優(yōu)選的，均壓支路包含一只放電電阻和一個功率開關器件，采樣控制器控制輸出端連接功率開關器件的控制輸入端。功率開關器件可以是MOSFET或者小電流IGBT。
[0016]優(yōu)選的，米樣控制器包含差分電路、ADC(模擬數(shù)字轉換芯片)米樣芯片、CPLD (可編程邏輯器件)，差分電路輸入端連接H橋模塊直流側，輸出端連接ADC采樣芯片輸入端，ADC采樣芯片輸出端連接CPLD輸入端，CPLD輸出端連接中心控制器。
[0017]優(yōu)選的，采樣控制器與中心控制器通過光纖連接。
[0018]優(yōu)選的，中心控制器包含F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片。
[0019]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點:具有較少的器件，減少了裝置的成本和控制復雜性，仍然能夠保證H橋模塊直流側之間保持真正的電氣隔離，H橋模塊與中心控制器之間通過光纖通信，保證每個H橋模塊完全一致，工藝簡單、便于批量化生產(chǎn)。直流側電壓均壓效果與鏈接電流大小無關，在鏈接電流很小時也能達到滿意的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為鏈式SVG三相結構H橋星型連接方法；
[0021]圖2為三相中心控制器連接示意圖；
[0022]圖3為H橋模塊內部結構示意圖；
[0023]圖4為中心控制器內部控制方法示意圖；
[0024]圖5為采樣控制器結構示意圖；
[0025]圖中，1-均壓支路，2-模擬信號調理電路。
【具體實施方式】
[0026]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
[0027]如圖1是鏈式SVG星型連接方式結構圖，每一相鏈接有多個結構完全相同的H橋模塊串聯(lián)而成，電壓等級越高則級聯(lián)的H橋模塊的個數(shù)越多，例如6KV鏈式SVG星型鏈接方式可采用8個H橋模塊級聯(lián)，而IOKV鏈式SVG星型鏈接方式則需要12個H橋模塊級聯(lián)。
[0028]鏈式SVG功率模塊均壓控制方法:
[0029]a.采集單相功率模塊內H橋模塊的直流母線電壓值；
[0030]b.將采集的多個直流母線電壓并求平均值；
[0031]c.平均值與H橋模塊的實時電壓值進行比較，控制該功率模塊的電能損耗。
[0032]為實現(xiàn)上述的方法使用下面的電路:
[0033]如圖2所示三相功率模塊每一相采用一個中心控制器通過采集控制器采集鏈接內部所有H橋模塊的直流母線電壓值，并對直流電壓值進行求平均值運算和均壓控制運算。中心控制器通過光纖與采集控制器相連，獲得各H橋模塊的直流母線值，通過光纖對于H橋模塊的控制脈沖，中心控制器內部包含一個FPGA芯片，本例選用ALTERA公司芯片EP3C10E144I7。每個H橋模塊的直流母線信息通過光纖串行通信的方式傳輸，中心控制器的FPGA芯片對該串行數(shù)字信息進行解碼并存儲，將獲得的數(shù)據(jù)求平均值后運算獲得每個H橋模塊的控制脈沖。
[0034]圖3是H橋模塊內部結構示意圖，H橋模塊由IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4四個IGBT組成逆變橋，將直流側電壓轉換為交流電壓后并網(wǎng)連接，直流側包含有一個電容器C，用于對直流紋波的濾波和能量的存儲，電容器C旁邊并聯(lián)一均壓支路1，該均壓支路I包含一只放電電阻R和一個功率開關器件M0SFET，在功率模塊直流電壓等級為500V?1000V范圍時，電阻R可選擇IOK歐姆，由于均壓支路I電流較小因此功率開關器件選用價格低廉的MOSFET 即可。
[0035]在H橋模塊直流側母線電壓值與該相直流電壓平均值相同時，功率開關器件MOSFET采用50%的占空比運行，如果該H橋模塊直流母線電壓值低于平均值，則降低占空t匕，減少電阻支路消耗能量；如果該H橋模塊直流母線電壓值高于平均值，則提高占空比，加快電阻消耗能量。通過調節(jié)均壓支路開關器件的占空比可以間接的實現(xiàn)鏈接H橋模塊直流側的均壓。
[0036]H橋模塊采樣控制器對均壓支路I進行控制，采樣直流側母線電壓值并且通過串行光纖通信傳送至中心控制器，對中心控制器通過光纖傳送過來的信號進行解碼并且轉換為均壓支路I開關器件的驅動脈沖信號。
[0037]圖4是中心控制器內部基本控制算法，F(xiàn)PGA芯片首先將該相鏈接內所有功率模塊的母線電壓值數(shù)字信息解碼并且存儲，將存儲的各個H橋模塊直流側電壓值相加求和并計算出平均值，對于每一個H橋模塊直流側電壓值都會與電壓平均值進行比例積分運算。如果直流電壓值與平均值相同，則輸出50%的占空比，如果電壓值與平均值不相同，則根據(jù)運算結果給出不同的占空比信號。最終占空比信號通過光纖傳送至功率模塊內部的采樣控制器，進而驅動均壓支路I的功率開關器件。
[0038]圖5是H橋模塊采樣控制器的結構分解圖，其中第一部分為模擬信號調理電路2，該電路將直流母線高壓信號轉換為低壓弱信號，電阻Rl與電阻R2阻值之比設置為300左右，電阻Rl可以采用多個電阻串聯(lián)實現(xiàn)高阻態(tài)。轉換之后的弱信號進入ADC芯片進行采樣。本例ADC芯片選用ADI公司的ADC7276芯片，該芯片為12位高速單通道芯片。轉換之后的數(shù)字信號經(jīng)過SPI (串行外圍設備接口)通信傳送給CPLD芯片，本例的CPLD芯片選用ALTERA公司的EPM1260T144型號，CPLD芯片將轉換后的數(shù)字信號編碼后通過光纖傳送至中心控制器。同時CPLD芯片還將中心控制器傳送過來的驅動信號解碼后轉換為均壓支路I開關管的控制信號。
[0039]以上所述，僅為本發(fā)明的一部分【具體實施方式】，本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，三相功率模塊中的每一相功率模塊包括多個H橋模塊，其特征是:還包括一中心控制器、多個采樣控制器、多個均壓支路，每個所述H橋模塊直流側電容并聯(lián)一所述均壓支路，每個所述H橋模塊直流母線連接一所述采樣控制器，所述采樣控制器數(shù)據(jù)輸出端連接所述中心控制器的一輸入端，控制輸入端連接所述中心控制器的一輸出端，控制輸出端連接所述均壓支路的控制輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，其特征是:所述均壓支路包含一只放電電阻和一個功率開關器件，所述采樣控制器控制輸出端連接所述功率開關器件的控制輸入端。
3.根據(jù)權利要求2所述的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，其特征是:所述功率開關器件是MOSFET或者小電流IGBT。
4.根據(jù)權利要求1所述的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，其特征是:所述采樣控制器包含差分電路、ADC采樣芯片、CPLD，所述差分電路輸入端連接所述H橋模塊直流側，輸出端連接所述ADC采樣芯片輸入端，所述ADC采樣芯片輸出端連接所述CPLD輸入端，所述CPLD輸出端連接所述中心控制器。
5.根據(jù)權利要求1所述的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，其特征是:所述采樣控制器與所述中心控制器通過光纖連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的鏈式SVG功率模塊均壓控制電路，其特征是:所述中心控制器包含F(xiàn)PGA芯片。
【文檔編號】H02J3/18GK203504402SQ201320688109
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】任其廣, 胡順全, 裴寶峰, 石廣保, 張長元 申請人:山東新風光電子科技發(fā)展有限公司