用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控制系統的製作方法
2023-07-06 06:38:11 2
專利名稱：用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統靜止同步補償器(STATCOM)設備技術領域， 特別是一種用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控制系 統。
(二)
背景技術：
電力工業作為國民經濟的支柱產業，是靜止同步補償器的廣泛應 用領域。靜止同步補償器在電力系統中可以實現快速平滑地吸收感性 和容性無功功率的目的，它具有起動無衝擊、調節連續、響應快速、 佔地面積小等優點，在調節系統電壓、校正功率因數、平衡負荷、濾 除諧波等方面均具有很大的優勢，目前已成為競爭激烈的新一代無功 補償裝置，是柔性交流輸電系統(FACTS)的重要組成部件之一。 STATCOM裝置的主電路一般採用多重化結構或多電平結構。其中， 多電平結構又分為二極體箝位式、電容箝位式和級聯式三種。混合多 電平結構結合了電容箝位式和級聯式的特點，具有如下優勢1)電 平數越多，輸出電壓諧波含量越少；2)可以實現不平衡負載的平衡 化補償；3)相對於傳統的多電平結構，所需器件成倍減少，易於封 裝；4)容易實現冗餘運行；5)有功和無功潮流都可控，因而可用於 高壓直流輸電和變頻調速。混合多電平STATCQM裝置的關鍵技術之一 是其各個電容箝位逆變單元直流側電壓的平衡控制。
(三)
發明內容
本發明的目的在於提出一種用於混合多電平靜止同步補償器的 直流電壓平衡控制系統，使得逆變器功率器件可採用較低電壓較小電 流容量的功率開關器件，從而大大減小混合多電平靜止同步補償器中 逆變器的成本。
本發明的技術方案 一種用於混合多電平靜止同步補償器的直流 電壓平衡控制系統，其特徵在於該系統由整流電路、直流儲能單元、
保護電路、混合九電平逆變器、直流隔離單元及三繞組隔離變壓器組
成；所說的整流電路輸出端連接兩個直流儲能單元，將整流電路輸出 的總直流電壓分成兩個直流電壓源，然後分別通過一個保護電路與一 個電容箝位三電平逆變電路相連接；兩個三電平逆變電路組合成一個 混合九電平逆變器；兩個逆變電路輸出端分別連接一個直流隔離單 元，其交流輸出電壓通過三繞組隔離變壓器耦合成一個交流電壓。
上述所說的整流電路由 一組將採集的交流電壓變換為直流電壓 的整流橋和平波電抗器構成；直流電壓經過平波電抗器連接到直流儲 能單元的充電輸入端。
上述所說的直流儲能單元由一個直流分壓電容和輔助控制電路 構成；兩個直流儲能單元將整流電路輸出的總直流電壓分成兩個直流 電壓源，其中的兩個直流分壓電容一端連接在一起並聯到第一個逆變 電路的直流負端和第二個逆變電路的直流正端，另一端分別接到直流 電源正母線和直流電源負母線上。
上述所說的保護電路由IGBT、 二極體和吸收電路構成；二極體 反並聯在IGBT的兩端，吸收電路與IGBT並聯連接；第一個保護電路 中二極體的陰極和IGBT的漏極連接到第一個逆變電路的直流正端， 第二個保護電路中二極體的陽極和IGBT的源極連接到第二個逆變電 路的直流負端。
上述所說的混合九電平逆變器由兩個三電平逆變電路級聯構成； 每個逆變電路的串聯開關器件之間都有箝位電容；第一個逆變電路的 直流負端接到第二個逆變電路的直流正端及兩個直流分壓電容的中 間互連節點。
上述所說的混合九電平逆變器部分中的逆變電路輸出的三繞組 隔離變壓器中前兩個繞組的2號接線端分別接到兩個逆變電路的右 交流輸出端，第三個繞組將輸出連接到電力系統中；前兩個繞組的l 號接線端為同名端。
上述所說的直流隔離單元由一個用於將逆變電路輸出的方波交 流電壓中的直流分量濾除掉，以防止隔離變壓器飽和的直流隔離電容
構成；兩個直流隔離單元中的直流隔離電容一端分別接到兩個逆變電 路的左交流輸出端；另一端分別接到三繞組隔離變壓器中前兩個繞組 的1號接線端。
本發明的工作原理為整流電路將採集的交流電壓變換為直流電 壓。兩個直流儲能單元將整流電路輸出的總直流電壓分成兩個電壓相 等的直流電壓源，其中的輔助控制電路用於防止兩個直流分壓電容的 電壓波動。兩個保護電路用於當逆變電路工作於整流方式時控制直流 側電容的充電電流大小，防止過流；IGBT關斷時會出現電流拖尾， 吸收電路中的吸收電容會削弱對關斷損耗的抑制作用。兩個電容鉗位 三電平逆變電路實現從直流到交流的轉變，其交流輸出端連接的兩個 直流隔離電容用於將兩個逆變電路輸出的方波交流電壓中的直流分 量濾除掉，以防止隔離變壓器飽和。最後通過一個三繞組隔離變壓器 將兩個方波交流電壓隔離、耦合成一個交流電壓並輸出到電力系統中。
本發明的優越性在於1、採用混合多電平結構作為STATCOM的 主電路拓撲，綜合了電容箝位式和級聯式結構的優點，不僅大大提高 了裝置容量，而且所需器件成倍減少，易於封裝，也便於冗餘運行， 可以很好地達到無功補償的目的；2、直流電壓平衡控制系統能夠實 現自動平衡直流儲能單元上電壓大小的功能，使兩個直流分壓電容上 的電壓保持相同且為整流電路輸出電壓的一半，從而使得混合多電平 逆變器的開關器件可以採用低壓小電流的功率器件。如當總直流電源 電壓不超過2500V時，混合多電平逆變器的開關器件可選用 1700V/50A的IGBT模塊，從而大大降低了雙向逆變器的成本。
附圖1為本發明所涉一種用於混合多電平靜止同步補償器的直 流電壓平衡控制系統的整體結構框圖。
附圖2為本發明所涉一種用於混合多電平靜止同步補償器的直
流電壓平衡控制系統中的整流電路結構圖。
附圖3為本發明所涉一種用於混合多電平靜止同步補償器的直
流電壓平衡控制系統中的直流儲能單元輔助控制電路結構圖。
附圖4為本發明所涉一種用於混合多電平靜止同步補償器的直 流電壓平衡控制系統中的保護電路結構圖。
附圖5為本發明所涉一種用於混合多電平靜止同步補償器的直 流電壓平衡控制系統中的混合九電平逆變器結構圖。
具體實施例方式
實施例 一種用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控 制系統(見圖1)，其特徵在於該系統由整流電路、直流儲能單元、 保護電路、混合九電平逆變器、直流隔離單元及三繞組隔離變壓器組 成；所說的整流電路輸出端連接兩個直流儲能單元，將整流電路輸出 的總直流電壓分成兩個直流電壓源，然後分別通過一個保護電路與一 個電容箝位三電平逆變電路相連接；兩個三電平逆變電路組合成一個 混合九電平逆變器；兩個逆變電路輸出端分別連接一個直流隔離單 元，其交流輸出電壓通過三繞組隔離變壓器耦合成一個交流電壓。
上述所說的整流電路(見圖2)由一組整流橋(Dl、 D2、 D3、 D4) 和平波電抗器L構成；整流橋將採集的交流電壓變換為直流電壓，直 流電壓經過平波電抗器L連接到直流儲能單元的輸入端，為直流儲能 單元充電。
上述所說的直流儲能單元(見圖3)由一個直流分壓電容C1、 C2 和輔助控制電路構成；兩個直流儲能單元將整流電路輸出的總直流電 壓分成兩個直流電壓源，其中的兩個直流分壓電容C1和C2 —端連接 在一起並聯到第一個逆變電路的直流負端和第二個逆變電路的直流 正端，另一端分別接到直流電源正母線和直流電源負母線上。
上述所說的保護電路(見圖4)由IGBT、 二極體D5、 D6和吸收 電路構成；二極體D5、 D6反並聯在IGBT的兩端，吸收電路與IGBT 並聯連接；第一個保護電路中二極體D1的陰極和IGBT的漏極連接到 第一個逆變電路的直流正端，第二個保護電路中二極體D2的陽極和 IGBT的源極連接到第二個逆變電路的直流負端。
上述所說的混合九電平逆變器(見圖5)由兩個三電平逆變電路 級聯構成；每個逆變電路的串聯開關器件之間都有箝位電容C5、 C6、 C7、 C8;第一個逆變電路的直流負端接到第二個逆變電路的直流正端 及兩個直流分壓電容的中間互連節點。
上述所說的混合九電平逆變器部分中的逆變電路輸出的三繞組 隔離變壓器中前兩個繞組的2號接線端分別接到兩個逆變電路的右 交流輸出端，第三個繞組將輸出連接到電力系統中；前兩個繞組的l 號接線端為同名端。
上述所說的直流隔離單元由一個用於將逆變電路輸出的方波交 流電壓中的直流分量濾除掉，以防止隔離變壓器TR飽和的直流隔離 電容C3、 C4構成；兩個直流隔離單元中的直流隔離電容C3和C4一 端分別接到兩個逆變電路的左交流輸出端；另一端分別接到三繞組隔 離變壓器中前兩個繞組的1號接線端。
權利要求
1、一種用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於該系統由整流電路、直流儲能單元、保護電路、混合九電平逆變器、直流隔離單元及三繞組隔離變壓器組成；所說的整流電路輸出端連接兩個直流儲能單元，將整流電路輸出的總直流電壓分成兩個直流電壓源，然後分別通過一個保護電路與一個電容箝位三電平逆變電路相連接；兩個三電平逆變電路組合成一個混合九電平逆變器；兩個逆變電路輸出端分別連接一個直流隔離單元，其交流輸出電壓通過三繞組隔離變壓器耦合成一個交流電壓。
2、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的整流電路由一組將採集 的交流電壓變換為直流電壓的整流橋和平波電抗器構成；直流電壓經 過平波電抗器連接到直流儲能單元的充電輸入端。
3、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的直流儲能單元由一個直 流分壓電容和輔助控制電路構成；兩個直流儲能單元將整流電路輸出 的總直流電壓分成兩個直流電壓源，其中的兩個直流分壓電容一端連 接在一起並聯到第一個逆變電路的直流負端和第二個逆變電路的直 流正端，另一端分別接到直流電源正母線和直流電源負母線上。
4、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的保護電路由IGBT、 二 極管和吸收電路構成；二極體反並聯在IGBT的兩端，吸收電路與IGBT 並聯連接；第一個保護電路中二極體的陰極和IGBT的漏極連接到第 一個逆變電路的直流正端，第二個保護電路中二極體的陽極和IGBT 的源極連接到第二個逆變電路的直流負端。
5、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的混合九電平逆變器由兩個三電平逆變電路級聯構成；每個逆變電路的串聯開關器件之間都有 箝位電容；第一個逆變電路的直流負端接到第二個逆變電路的直流正 端及兩個直流分壓電容的中間互連節點。
6、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的混合九電平逆變器部分 中的逆變電路輸出的三繞組隔離變壓器中前兩個繞組的2號接線端 分別接到兩個逆變電路的右交流輸出端，第三個繞組將輸出連接到電 力系統中；前兩個繞組的l號接線端為同名端。
7、 根據權利要求1所說的一種用於混合多電平靜止同步補償器 的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於所說的直流隔離單元由一個用 於將逆變電路輸出的方波交流電壓中的直流分量濾除掉，以防止隔離 變壓器飽和的直流隔離電容構成；兩個直流隔離單元中的直流隔離電 容一端分別接到兩個逆變電路的左交流輸出端；另一端分別接到三繞 組隔離變壓器中前兩個繞組的1號接線端。
全文摘要
一種用於混合多電平靜止同步補償器的直流電壓平衡控制系統，其特徵在於該系統由整流電路、直流儲能單元、保護電路、混合九電平逆變器、直流隔離單元及三繞組隔離變壓器組成。本發明的優越性在於1.採用混合多電平結構作為STATCOM的主電路拓撲，綜合了電容箝位式和級聯式結構的優點，提高了裝置容量，減少了所需器件，易於封裝及冗餘運行，可達到無功補償的目的；2.直流電壓平衡控制系統能夠實現自動平衡直流儲能單元上電壓大小的功能，使兩個直流分壓電容上的電壓保持相同且為整流電路輸出電壓的一半，從而使得混合多電平逆變器的開關器件可以採用低壓小電流的功率器件。
文檔編號H02J3/16GK101170259SQ20071015039
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月26日 優先權日2007年11月26日
發明者傑 何, 明 侯, 周永兵, 周雪松, 張智勇, 輝 王, 馬幼捷, 娟 龔 申請人:天津理工大學