链式svg模块均压控制方法和电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种链式SVG模块均压控制方法和电路，三相功率模块中的每一相功率模块包括多个H桥模块，还包括一中心控制器、多个采样控制器、多个均压支路，每个H桥模块直流侧电容并联一均压支路，每个H桥模块直流母线连接一采样控制器，采样控制器数据输出端连接中心控制器的一输入端，控制输入端连接中心控制器的一输出端，控制输出端连接均压支路的控制输入端。中心控制器通过采集控制器采集链接内部所有H桥模块的直流母线电压值，并对直流电压值进行求平均值运算和均压控制运算，通过光纤发射对于H桥模块的控制脉冲。本发明能够保证每个H桥模块完全一致，工艺简单、便于批量化生产。电压均压效果与电流大小无关，电流很小时能达到满意效果。
【专利说明】链式SVG模块均压控制方法和电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电压控制电路，具体涉及一种链式SVG模块均压控制方法和电路。
【背景技术】
[0002]随着电力电子技术的发展，基于大功率可关断器件(IGBT、IGCT)的静止同步补偿器(SVG)得到飞速发展，6KV、10KV、35KV等不同电压等级的直挂装置都已经实现了工厂产业化生产，SVG可以快速补偿负载或者电网的无功或者谐波电流，提高电网功率因数和降低谐波含量，逐渐扩大的市场份额替代了大批的老式无功补偿装置，如SVC、固定投切电容器
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[0003]中高压SVG主电路结构主要包括多重化、链式等多电平结构，其中链式SVG以其众多优势获得飞速发展，链式SVG每相都是由多个结构完全相同的功率模块组成，N个功率模块叠加电压最终实现电压等级的提高，同时多电平电压的叠加保证了良好的波形质量，大大减少了输出电压的谐波含量。
[0004]链式SVG各个功率模块直流侧相互独立，如果不进行均压控制可能会造成直流侧母线电压的偏差变大，会导致输出波形质量变差，严重时会造成功率模块过压故障击穿功率器件。因此必须采取必要的措施进行功率模块的均压控制。
[0005]中国专利03142679.4和200910238798.2都提出了链式SVG功率模块直流侧电压均压控制的电路和方法，他们通过附加的外部设备使H桥级联功率模块之间进行能量交换，从而实现电容电压的均衡控制，但是他们的附加外部电路非常复杂，同时级联功率模块之间通过变压器间接连接到一起，无法做到真正的电气绝缘，对附加设备特别是变压器的电压隔离能力提出了较高的要求。
[0006]中国专利200610113547.8提出了链式SVG功率模块直流侧电压均衡的软件控制方法，该方法通过对功率模块的开关信号进行基于直流电压的微调，从而通过链接电流给功率模块充放电的方式进行直流侧电压均衡控制，该方法在链接电流很小的时候无法达到预期的均压效果。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种链式SVG模块均压控制方法和电路。
[0008]本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
链式SVG功率模块均压控制方法，
a.采集单相功率模块内H桥模块的直流母线电压值；
b.将采集的多个直流母线电压并求平均值；
c.平均值与H桥模块的实时电压值进行比较，控制该功率模块的电能损耗。
[0009]具体的，控制H桥模块的电能损耗通过控制与H桥模块并联支路消耗的电能量实现。优选采用控制该支路的运行占空比实现。
[0010]实现上述方法的链式SVG功率模块均压控制电路，三相功率模块中的每一相功率模块包括多个H桥模块，还包括一中心控制器、多个采样控制器、多个均压支路，每个H桥模块直流侧电容并联一均压支路，每个H桥模块直流母线连接一采样控制器，采样控制器数据输出端连接中心控制器的一输入端，控制输入端连接中心控制器的一输出端，控制输出端连接均压支路的控制输入端。
[0011]优选的，均压支路包含一只放电电阻和一个功率开关器件，采样控制器控制输出端连接功率开关器件的控制输入端。功率开关器件可以是MOSFET或者小电流IGBT。
[0012]优选的，采样控制器包含差分电路、ADC(模拟数字转换芯片)采样芯片、CPLD (可编程逻辑器件)，差分电路输入端连接H桥模块直流侧，输出端连接ADC采样芯片输入端，ADC采样芯片输出端连接CPLD输入端，CPLD输出端连接中心控制器。
[0013]优选的，采样控制器与中心控制器通过光纤连接。
[0014]优选的，中心控制器包含FPGA(现场可编程门阵列)芯片。
[0015]与现有技术相比本发明具有以下明显的优点:具有较少的器件，减少了装置的成本和控制复杂性，仍然能够保证H桥模块直流侧之间保持真正的电气隔离，H桥模块与中心控制器之间通过光纤通信，保证每个H桥模块完全一致，工艺简单、便于批量化生产。直流侧电压均压效果与链接电流大小无关，在链接电流很小时也能达到满意的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为链式SVG三相结构H桥星型连接方法；
图2为三相中心控制器连接示意图；
图3为H桥模块内部结构示意图；
图4为中心控制器内部控制方法示意图；
图5为采样控制器结构示意图；
图中，1-均压支路，2-模拟信号调理电路。
【具体实施方式】
[0017]以下结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述:
如图1是链式SVG星型连接方式结构图，每一相链接有多个结构完全相同的H桥模块串联而成，电压等级越高则级联的H桥模块的个数越多，例如6KV链式SVG星型链接方式可采用8个H桥模块级联，而IOKV链式SVG星型链接方式则需要12个H桥模块级联。
[0018]链式SVG功率模块均压控制方法:
a.采集单相功率模块内H桥模块的直流母线电压值；
b.将采集的多个直流母线电压并求平均值；
c.平均值与H桥模块的实时电压值进行比较，控制该功率模块的电能损耗。
[0019]为实现上述的方法使用下面的电路:
如图2所示三相功率模块每一相采用一个中心控制器通过采集控制器采集链接内部所有H桥模块的直流母线电压值，并对直流电压值进行求平均值运算和均压控制运算。中心控制器通过光纤与采集控制器相连，获得各H桥模块的直流母线值，通过光纤对于H桥模块的控制脉冲，中心控制器内部包含一个FPGA芯片，本例选用ALTERA公司芯片EP3C10E144I7。每个H桥模块的直流母线信息通过光纤串行通信的方式传输，中心控制器的FPGA芯片对该串行数字信息进行解码并存储，将获得的数据求平均值后运算获得每个H桥模块的控制脉冲。
[0020]图3是H桥模块内部结构示意图，H桥模块由IGBTl、IGBT2、IGBT3、IGBT4四个IGBT组成逆变桥，将直流侧电压转换为交流电压后并网连接，直流侧包含有一个电容器C，用于对直流纹波的滤波和能量的存储，电容器C旁边并联一均压支路1，该均压支路I包含一只放电电阻R和一个功率开关器件M0SFET，在功率模块直流电压等级为500V?1000V范围时，电阻R可选择IOK欧姆，由于均压支路I电流较小因此功率开关器件选用价格低廉的MOSFET 即可。
[0021]在H桥模块直流侧母线电压值与该相直流电压平均值相同时，功率开关器件MOSFET采用50%的占空比运行，如果该H桥模块直流母线电压值低于平均值，则降低占空t匕，减少电阻支路消耗能量；如果该H桥模块直流母线电压值高于平均值，则提高占空比，加快电阻消耗能量。通过调节均压支路开关器件的占空比可以间接的实现链接H桥模块直流侧的均压。
[0022]H桥模块采样控制器对均压支路I进行控制，采样直流侧母线电压值并且通过串行光纤通信传送至中心控制器，对中心控制器通过光纤传送过来的信号进行解码并且转换为均压支路I开关器件的驱动脉冲信号。
[0023]图4是中心控制器内部基本控制算法，FPGA芯片首先将该相链接内所有功率模块的母线电压值数字信息解码并且存储，将存储的各个H桥模块直流侧电压值相加求和并计算出平均值，对于每一个H桥模块直流侧电压值都会与电压平均值进行比例积分运算。如果直流电压值与平均值相同，则输出50%的占空比，如果电压值与平均值不相同，则根据运算结果给出不同的占空比信号。最终占空比信号通过光纤传送至功率模块内部的采样控制器，进而驱动均压支路I的功率开关器件。
[0024]图5是H桥模块采样控制器的结构分解图，其中第一部分为模拟信号调理电路2，该电路将直流母线高压信号转换为低压弱信号，电阻Rl与电阻R2阻值之比设置为300左右，电阻Rl可以采用多个电阻串联实现高阻态。转换之后的弱信号进入ADC芯片进行采样。本例ADC芯片选用ADI公司的ADC7276芯片，该芯片为12位高速单通道芯片。转换之后的数字信号经过SPI (串行外围设备接口)通信传送给CPLD芯片，本例的CPLD芯片选用ALTERA公司的EPM1260T144型号，CPLD芯片将转换后的数字信号编码后通过光纤传送至中心控制器。同时CPLD芯片还将中心控制器传送过来的驱动信号解码后转换为均压支路I开关管的控制信号。
[0025]以上所述，仅为本发明的一部分【具体实施方式】，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.链式SVG功率模块均压控制方法，其特征是: a.采集单相功率模块内H桥模块的直流母线电压值； b.将采集的多个直流母线电压值求平均值； c.平均值与H桥模块的实时电压值进行比较，控制该H桥模块的电能损耗。
2.根据权利要求1所述的链式SVG功率模块均压控制方法，其特征是:所述控制H桥模块的电能损耗通过控制与该H桥模块并联支路消耗的电能量实现。
3.根据权利要求2所述的链式SVG功率模块均压控制方法，其特征是:所述控制H桥模块并联支路消耗的电能量实现方法为控制该支路开关器件的运行占空比。
4.实现权利要求1所述的链式SVG功率模块均压控制方法的链式SVG功率模块均压控制电路，三相功率模块中的每一相功率模块包括多个H桥模块，其特征是:还包括一中心控制器、多个采样控制器、多个均压支路，每个所述H桥模块直流侧电容并联一所述均压支路，每个所述H桥模块直流母线连接一所述采样控制器，所述采样控制器数据输出端连接所述中心控制器的一输入端,控制输入端连接所述中心控制器的一输出端，控制输出端连接所述均压支路的控制输入端。
5.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块均压控制电路，其特征是:所述均压支路包含一只放电电阻和一个功率开关器件，所述采样控制器控制输出端连接所述功率开关器件的控制输入端。
6.根据权利要求5所述的链式SVG功率模块均压控制电路，其特征是:所述功率开关器件是MOSFET或者小电流IGBT。
7.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块均压控制电路，其特征是:所述采样控制器包含差分电路、ADC采样芯片、CPLD，所述差分电路输入端连接所述H桥模块直流侧，输出端连接所述ADC采样芯片输入端，所述ADC采样芯片输出端连接所述CPLD输入端，所述CPLD输出端连接所述中心控制器。
8.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块均压控制电路，其特征是:所述采样控制器与所述中心控制器通过光纤连接。
9.根据权利要求4所述的链式SVG功率模块均压控制电路，其特征是:所述中心控制器包含FPGA芯片。
【文档编号】H02J3/18GK103546024SQ201310536592
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】任其广, 胡顺全, 裴宝峰, 石广保, 张长元 申请人:山东新风光电子科技发展有限公司