專(zhuān)利名稱(chēng)：基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均衡控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM——Static Synchronous Co卿ensator)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ) 償器混沌均衡控制系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
靜止同步補(bǔ)償器在電力系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)快速平滑地吸收感性和容性無(wú) 功功率的目的，它具有起動(dòng)無(wú)沖擊、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu) 點(diǎn)，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、校正功率因數(shù)、平衡負(fù)荷、濾除諧波等方面均具有很 大的優(yōu)勢(shì)，目前已成為競(jìng)爭(zhēng)激烈的新一代無(wú)功補(bǔ)償裝置，是柔性交流輸電系
統(tǒng)(FACTS-Flexible Alternative Current Transmission System)的
重要組成部件之一。級(jí)聯(lián)型式逆變器輸出波形好、功率容量大，用于大功率 的變換也可降低輸入諧波等特點(diǎn)，可被廣泛的應(yīng)用于STATCOM裝置的主電 路中。
但隨著STATCOM處理功率容量逐漸增大，級(jí)聯(lián)型式逆變器串聯(lián)的級(jí)數(shù) 也越來(lái)越多。當(dāng)串聯(lián)級(jí)數(shù)較多時(shí)，如調(diào)制系數(shù)較小則直流側(cè)電源和開(kāi)關(guān)器件 的利用將不均衡，直流側(cè)電源若為蓄電池或儲(chǔ)能電容，則造成電壓不平衡。 利用率不均衡使部分器件滿載或部分器件輕載或空載，造成部分器件提早損 壞，降低系統(tǒng)壽命，而且載荷分配不均提高了對(duì)器件和散熱的要求。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器的混 沌均衡控制系統(tǒng)，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，使逆變器各單元及各功率器 件的利用率達(dá)到均衡；通過(guò)避免局部過(guò)熱減少了散熱設(shè)計(jì)的難度，且可采用 低成本器件，提高系統(tǒng)整體的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均衡
控制系統(tǒng)，其特征在于它是由DSP (Digital Signal Process)、偽隨機(jī)數(shù) 發(fā)生器單元、比較單元，功率驅(qū)動(dòng)電路單元以及門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元組成；所說(shuō)的DSP的輸入端與控制面板的輸出端連接，由控制面板控制其 數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的輸出，DSP的輸出端與偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸入端連接； 所說(shuō)的比較單元的輸入端分別接收偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)和DSP的輸 出信號(hào)，其輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，且所說(shuō)的門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián) H橋電路單元通過(guò)接受功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷。
本發(fā)明的工作原理(1)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器用混沌映射法來(lái)實(shí)現(xiàn)?；煦缬?射可產(chǎn)生周期為無(wú)窮的序列，利用混沌映射在內(nèi)的隨機(jī)性和均勻分配性，可 以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)均衡分配。經(jīng)混沌映射產(chǎn)生隨機(jī)函數(shù)，隨機(jī)函數(shù)確定STATCOM 主電路的各級(jí)聯(lián)H橋電路的工作狀態(tài)。(2)比較單元的一個(gè)輸入端接偽隨機(jī) 數(shù)發(fā)生器，接收偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)函數(shù)，另一端接DSP的輸出端所 輸出的定值(1、 2、 3、…、N)，當(dāng)兩輸入端數(shù)值相等時(shí)，輸出為l，否則 為0。比較單元的數(shù)量需與級(jí)聯(lián)H橋電路單元模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)一致。(3)功率驅(qū) 動(dòng)電路包括光電隔離電路和功率放大電路，分別由光電耦合器和功率放大器 組成；功率驅(qū)動(dòng)電路將輸入的脈沖信號(hào)經(jīng)光電隔離、三極管進(jìn)行放大，提供 給級(jí)聯(lián)H橋電路單元的門(mén)極可關(guān)斷IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)電路接收到的比較單元的輸入信號(hào)為l時(shí)，輸出觸 發(fā)脈沖控制級(jí)聯(lián)H橋電路的導(dǎo)通；反之使其關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)級(jí)聯(lián)式逆變 器動(dòng)的均衡控制。(4)門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路包括儲(chǔ)能裝置、濾波裝置、 耦合電容、單模塊的4個(gè)IGBT單元，N模塊共計(jì)扭N個(gè)IGBT單元。；它們的控制 信號(hào)來(lái)自功率驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明的優(yōu)越性和技術(shù)效果在于利用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片并采用 混沌映射的方法來(lái)控制偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的工作以此來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)從而實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)均衡各級(jí)聯(lián)逆變單元的使用率，使各級(jí)聯(lián)單元的利用率基本一致， 一方 面降低了級(jí)聯(lián)逆變器設(shè)計(jì)成本，延長(zhǎng)了使用壽命；另一方面實(shí)現(xiàn)了STATCOM 的正常工作，保障了電路系統(tǒng)可靠性連續(xù)性的需求。


附圖1為本發(fā)明所涉一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均 衡控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明所涉一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均 衡控制系統(tǒng)的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和比較單元工作原理示意圖。
附圖3為本發(fā)明所涉一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均 衡控制系統(tǒng)的功率驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為本發(fā)明所涉一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均 衡控制系統(tǒng)的門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元的單相電路圖。 具體實(shí)施例方式
實(shí)施例 一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均衡控制系統(tǒng) (見(jiàn)圖l)，其特征在于該系統(tǒng)由DSP、偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、比較單元，功率驅(qū) 動(dòng)電路、門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路所組成；所說(shuō)的DSP的輸入端與控制面板的
輸出端連接，由控制面板控制其數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的輸出，DSP的輸出端 與偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸入端連接；所說(shuō)的比較單元的輸入端分別接收偽隨機(jī) 數(shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)和DSP的輸出信號(hào)，其輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端 連接，且所說(shuō)的門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元通過(guò)接受功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出 觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷。
上述所說(shuō)的DSP (見(jiàn)圖2)是中央處理單元，在此設(shè)計(jì)中主要有兩個(gè)功能 模塊， 一個(gè)模塊通過(guò)匯編語(yǔ)言可以進(jìn)行混沌映射用于控制偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來(lái) 實(shí)現(xiàn)隨機(jī)函數(shù)，另一模塊用于向比較單元傳輸某一定值(1、 2、 3、…、N)， 此固定數(shù)值分別對(duì)應(yīng)第i個(gè)H橋單元電路。由于DSP本身僅帶了514字節(jié)的RAM， 不夠系統(tǒng)要求，因此需要擴(kuò)展RAM，在此配備一128KRAM。
上述所說(shuō)的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(見(jiàn)圖2)用混沌映射法來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)利用 混沌映射內(nèi)在的隨機(jī)性和均勻分配性均衡各單元的利用率，可使各單元利用
率達(dá)到一致。設(shè)逆變器的單相由N個(gè)相同級(jí)聯(lián)單元組成，輸出電平F。^IE各級(jí)
聯(lián)單元的直流電源電壓￡相同，即需要/個(gè)支流電源提供能量。采用混沌映 射產(chǎn)生在(O， l)之間的隨機(jī)數(shù)，將(O， l)劃分為N個(gè)區(qū)間，確保隨機(jī)數(shù)在每 個(gè)區(qū)間出現(xiàn)的概率P相同，每個(gè)區(qū)間對(duì)應(yīng)一個(gè)級(jí)聯(lián)單元。如果混沌映射產(chǎn)生 的一個(gè)隨機(jī)數(shù)落入某一區(qū)間，則該區(qū)間對(duì)應(yīng)的級(jí)聯(lián)單元的直流源就參與能量 輸出。偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器不斷產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，直到有/個(gè)直流電源參與電壓輸出 為止；對(duì)其他不參與電壓輸出的級(jí)聯(lián)單元的開(kāi)關(guān)器件同樣采用該方法進(jìn)行控制，選擇一種續(xù)流方式(上續(xù)流或下續(xù)流)。由混沌映射的特點(diǎn)可知產(chǎn)生的每個(gè)數(shù)具有隨機(jī)性，因此參與電壓輸出的直流電源都是隨機(jī)確定的，即概率相同，因此，各直流電源的利用率會(huì)趨于相同。應(yīng)用混沌映射可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的功率均衡分配。
上述所說(shuō)的比較單元(見(jiàn)圖2)的一個(gè)輸入端接收偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)函數(shù)，另一端接DSP的輸出端所輸出的定值(1、 2、 3、…、N)，當(dāng)兩輸入端數(shù)值相等時(shí)，輸出為l，否則為0。比較單元的數(shù)量需與級(jí)聯(lián)H橋電路單元模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)一致。
上述所說(shuō)的功率驅(qū)動(dòng)電路(見(jiàn)圖3)包括光電隔離電路和功率放大電路，分別由光電耦合器和功率放大器組成；功率驅(qū)動(dòng)管電路將輸入脈沖信號(hào)經(jīng)光電隔離、三極管進(jìn)行放大，提供給功率開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)功率驅(qū)動(dòng)電路接收到的比較單元的輸入信號(hào)為1時(shí)，輸出觸發(fā)脈沖控制級(jí)聯(lián)H橋電路的導(dǎo)通；反之使其關(guān)斷。所說(shuō)的三相脈沖放大電路的一相包括放大"+ Al"脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U9、 二極管D1、電阻和三極管N1;放大"-Al"脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦UIO、 二極管D2、電阻和三極管N2;放大"+A2"脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦Ull、 二極管D3、電阻和三極管N3;放大"一A2"脈沖的驅(qū)動(dòng)電路，含光耦U12、 二極管D4、電阻和三極管N4;同理另外兩相共12個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)電路。二極管D1、 D2、 D3和D4的作用是防止脈沖反向輸入，保證電路正常工作。
上述所說(shuō)的門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋單相電路(見(jiàn)圖4)包括儲(chǔ)能裝置、濾波裝置、耦合電容、單模塊的4個(gè)IGBT單元，N模塊共計(jì)4*N個(gè)IGBT單元。該電路工作過(guò)程為控制脈沖來(lái)自經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路放大處理后的信號(hào)，電路中的扭N個(gè)IGBT單元隨機(jī)的接收來(lái)自功率驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)得以觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)型多電平逆變器的功率均衡分配。
權(quán)利要求
1、一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均衡控制系統(tǒng)，其特征在于它是由DSP、偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器單元、比較單元，功率驅(qū)動(dòng)電路單元以及門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元組成；所說(shuō)的DSP的輸入端與控制面板的輸出端連接，由控制面板控制其數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的輸出，DSP的輸出端與偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸入端連接；所說(shuō)的比較單元的輸入端分別接收偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)和DSP的輸出信號(hào)，其輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，且所說(shuō)的門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元通過(guò)接受功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷。
全文摘要
一種基于級(jí)聯(lián)式逆變器的靜止同步補(bǔ)償器混沌均衡控制系統(tǒng)，其特征在于它是由DSP(Digital Signal Process)、偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器單元、比較單元，功率驅(qū)動(dòng)電路單元以及門(mén)極可關(guān)斷級(jí)聯(lián)H橋電路單元組成；其優(yōu)越性為利用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片并采用混沌映射的方法來(lái)控制偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的工作以此來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均衡各級(jí)聯(lián)逆變單元的使用率，使各級(jí)聯(lián)單元的利用率基本一致，一方面降低了級(jí)聯(lián)逆變器設(shè)計(jì)成本，延長(zhǎng)了使用壽命；另一方面實(shí)現(xiàn)了STATCOM的正常工作，保障了電路系統(tǒng)可靠性連續(xù)性的需求。
文檔編號(hào)H02J3/46GK101459340SQ20081015279
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者周永兵, 周雪松, 尹向前, 張書(shū)瑞, 許立瑾, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)