[发明专利]级联多电平有源电力滤波器分散控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统谐波补偿技术领域，具体涉及一种级联多电平有源电力滤波器分散控制系统。

背景技术

目前链式多电平变换器控制系统，可以归纳为两类：①集中控制系统；②分散控制系统。集中控制系统只含有一个中央控制器并由其承担所有的控制任务和链节脉冲宽度调制(PWM)算法。而分散控制系统则由中央控制器和单链节控制器组成，其中部分控制任务和链节PWM产生算法被分配到单链节控制器完成。现有链式有源电力滤波器(APF)基本上都采用集中控制，中央控制器一般采用数字信号处理器DSP和现场可编程门阵列FPGA相结合的硬件结构，其中DSP完成APF的上层控制算法，包括直流电容均值控制、动态谐波电流控制以及链节直流电容均压控制等；FPGA完成链式APF的底层调制，负责产生所有链节的PWM脉冲。然而这种集中控制系统将本可以由各链节独立完成的均压控制策略和PWM算法，都放在中央控制器完成。当装置链节数较多时，一方面中央控制器的软件设计复杂；另一方面，中央控制电路还必须实时检测每个链节的直流电容电压，大大增加了硬件电路的复杂程度。因此传统的集中控制系统不利于链式APF链节数的扩展。

要发挥链式模块化结构的优势，必须研究分散控制系统的设计与实现问题。文献“ Implementation and control of distributed PWM cascaded multilevel inverters with minimal harmonic di

另外，链节直流电容电压不平衡是级联多电平变换器面临的一个突出问题。许多文献对此做了深入研究。文献“A generalized control strategy of per-phase DC voltage balancing for cascaded multilevel converter-based STATCOM”，“Individual voltage balancing strategy for PWM cascaded H-Bridge converter-based STATCOM”和“Small-signtal model-based control strategy for balancing individual DC capacitor voltages in cascade multilevel inverter-based STATCOM”提出了一些新的直流电压均压算法，能取得良好效果，但这些算法需要获取各链节的直流电压，若在分散控制系统中实现，必然增加控制系统软、硬件的复杂程度，同时当链节数较多时，各链节直流电压采样值实时传送的时序配合也是一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，采用中央控制器上位控制与各单链节下位控制相结合的方式，各链节为具有独立控制器的集成功率单元，更容易实现模块化和链节扩展，各链节直流电压均压和PWM调制由本链节控制器完成，简化了中央控制器的软件设计。

级联多电平有源电力滤波器分散控制系统，包括中央控制器和三个单相控制单元，中央控制器分别向各单相控制单元提供调制波信号和载波同步信号；所述单相控制单元包括一个以上的单链节，单链节包含单链节控制器、IGBT驱动电路、功率变换桥和直流电压采集电路；所述单链节控制器接收来自中央控制器的调制波信号和载波同步信号，依据链节直流电压采集电路采集的直流电压对调制波信号进行修正，再利用修正后的调制波信号与载波同步信号产生脉宽调制脉冲传送给IGBT驱动电路；IGBT驱动电路在脉宽调制脉冲的作用下对功率变换桥进行控制实现对电网的谐波补偿。

进一步地，所述中央控制器包括电压外环控制模块、电流指令合成模块和电流内环控制模块；所述电压外环控制模块对单相控制单元中任一单链节采集的直流电压作反馈控制生成有功电流指令幅值I_{s_p}；所述电流指令合成模块依据电网电压相位和I_{s_p}生成有功电流指令瞬时值i_{s_p}^*；所述电流内环控制模块对i_{s_p}^*作反馈控制生成调制波信号v_{o_ref}。

进一步地，所述单链节控制器按照如下方式对调制波信号修正：