配電變壓器集成式級聯型靜止補償器的製造方法
2023-07-16 20:47:36 1
配電變壓器集成式級聯型靜止補償器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，包括配電變壓器、級聯型靜止補償模塊、輸出濾波器和控制平臺，配電變壓器高壓側的每相繞組的中心處設置有連接抽頭作為補償電流的注入點，連接抽頭通過輸出濾波器連接級聯型靜止補償模塊的交流輸出端，級聯型靜止補償模塊的控制輸入端連接控制平臺，控制平臺用於採集配電變壓器高、低壓側及連接抽頭處的電壓和電流信息，依據這些信息生成跟蹤指令電流信號，利用跟蹤指令電流信號控制級聯型靜止補償模塊的輸出實現補償。本發明將級聯型多電平結構和配電變壓器進行集成，提高了配網靜止補償器的容量，改善了配網的電能質量。
【專利說明】配電變壓器集成式級聯型靜止補償器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統無功補償領域，具體涉及一種將配電變壓器和級聯鏈式STATC0M(靜止同步補償器，Static Synchronous Compensator)相集成的一體化靜止無功補償器。
【背景技術】
[0002]傳統配電網無功補償器(D-STATC0M)多採用在負荷側直接進行無功補償，如圖1所示，由於接入電壓等級低、安裝分散，補償容量受到限制，總體無功補償容量利用率不高；而採用圖2所示的在配網系統高壓側進行大容量集中補償又面臨接入點電壓高，主電路通常無法或難於直接與系統相連的問題。
[0003]為了提高配電網無功補償的容量，降低接入點電壓，相關專利(專利號:ZL2011 I0095451.4)提出圖3所示的DT-STATC0M技術方案，以配電變壓器的抽頭作為靜止補償裝置的接入點。該方案在一定程度上降低了接入點電壓，但靜止補償模塊採用的是電壓源型三相橋式PWM整流器，採用兩電平或三電平結構，仍存在以下有待改進的問題:
[0004]I單個開關器件仍承受較大的開關應力，對全控型開關器件的耐壓水平要求較高，靜止補償裝置接入點不能大範圍靈活配置，補償容量受限；
[0005]2逆變器輸出電壓波形電平數較少，諧波含量較大，為實現輸出併網需要設計複雜的高階LCL濾波器；
[0006]3三相不獨立，不具備分相獨立控制能力，無法克服電力系統三相不平衡的影響；
[0007]4模塊化實現困難，不利於擴展，且需要設置阻容吸收電路。
【發明內容】
[0008]本發明提出一種配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，通過採用級聯型主電路結構，從配電變壓器高壓側中心抽頭注入補償電流來實現無功補償，既降低了接入電壓，減少了級聯單元數，又增大了無功補償容量。
[0009]配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，包括配電變壓器、級聯型靜止補償模塊、輸出濾波器和控制平臺，配電變壓器的高壓側連接電力系統，配電變壓器的低壓側連接負載，配電變壓器高壓側的每相繞組的中心處設置有連接抽頭作為補償電流的注入點，連接抽頭通過輸出濾波器連接級聯型靜止補償模塊的交流輸出端，級聯型靜止補償模塊的控制輸入端連接控制平臺，控制平臺用於採集配電變壓器高、低壓側及連接抽頭的電壓和電流信息，依據這些電壓和電流信息生成跟蹤指令電流信號，利用跟蹤指令電流信號控制級聯型靜止補償模塊的輸出實現補償。
[0010]進一步地，所述級聯型靜止補償模塊採用級聯鏈式結構作為主電路拓撲，每相均採用多個全橋結構串聯組成，三相之間採用星形或三角形接法。
[0011]進一步地，所述全橋結構為2H橋。
[0012]進一步地，所述輸出濾波器充分考慮變壓器連接漏抗，採用較小的濾波電抗實現併網。
[0013]進一步地，所述控制平臺採用DSP+FPGA架構，採集配電變壓器高低壓側電壓電流信息以及補償模塊直流母線電壓信息，經綜合計算變換到連接抽頭處進行指令電流跟蹤。
[0014]本發明的技術方案，相對於現有的DT-STATC0M技術，具有以下技術效果:
[0015]I本發明以級聯型鏈式結構作為主電路拓撲，補償模塊輸出電壓和容量可以通過增減模塊數量靈活配置，易於實現模塊化，方便擴展；
[0016]2本方案單開關管承受的開關應力較小，擴大了器件的選型範圍，有利於採用較高的開關頻率，進一步簡化輸出濾波器的設計；
[0017]3本方案可以採用獨立直流源，使三相可以獨立進行控制，能夠克服電力系統三相不平衡；
[0018]4靜止補償模塊採用模塊化冗餘設計，單一功率單元故障不影響系統整體工作，提高了系統的可靠性；
[0019]5本方案逆變器輸出電壓電平數較多，波形更接近正弦波，通過變壓器抽頭連接注入時，可以充分利用變壓器漏抗，減小濾波電抗的體積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現有低壓側分散補償的D-STATC0M技術方案示意圖。
[0021]圖2為現有經連接變壓器接入配電變壓器高壓側方案示意圖。
[0022]圖3為現有DT-STATC0M技術方案示意圖。
[0023]圖4為本發明配電變壓器集成式級聯型靜止補償器整體結構示意圖。
[0024]圖5為本發明級聯型補償模塊經L濾波接入Y形繞組中心抽頭方案示意圖。
[0025]圖6為本發明級聯型補償模塊接入Λ形繞組中心抽頭一體化方案。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0027]本發明的配電變壓器集成化級聯型靜止補償器，通過在配電變壓器的高壓繞組中心設置連接抽頭，將級聯型靜止補償模塊與配電網並聯連接，構成一體化結構，來實現無功補償和電能質量控制。該發明整體結構如圖4所示，主要包括中心抽頭配電變壓器、輸出濾波器、級聯型靜止補償模塊和控制平臺。
[0028]本發明的配電變壓器集成式級聯型靜止補償器中，針對配電變壓器高壓側採用Λ形或Y形接線方式，均在每相繞組的中心處設置連接抽頭，這樣，STATC0M接入點電壓降為原來的一半。以10KV/0.4KV配電變壓器為例，參見圖6，如果高壓側採用Λ形接線，接入點電壓為線電壓的一半，只有5KV ;參見圖5，如果高壓側採用Y形接線方式，接入點電壓為線電壓的VJ/2倍，只有3KV左右。
[0029]本發明方案中靜止補償模塊採用全橋結構作為基本單元，每相由多個基本單元依次串聯而成，三相採用星形或者三角形接線方式相互連接:星形接線每相可承受電壓為相電壓，而三角形接法每相承受電壓為線電壓。三角形接線雖然接入電壓低，但提供最大補償電流為星形接法的#倍。在併網電壓相同的情況下，採用三角形接線的STATCOM需要的級聯級數較多，考慮大功率開關器件成本較高，所以從單臺裝置成本來開率，本發明主要採用星形接法作為主接線方式。級聯級數根據接入點電壓等級和採用的開關器件水平來確定。全橋結構可採用2H橋和3H橋等結構，本發明優選採用2H橋級聯拓撲結構，可以有效的消除諧波，使輸出電壓更接近於正弦波，從而簡化了輸出濾波器的設計。本發明中配電變壓器高壓側主要採用三角形接線方式，接入點電壓為5KV，設計採用1700V的IGBT作為開關器件，考慮足夠的安全裕量和冗餘設計的需要，採用7級級聯方式，其中I級為冗餘結構。
[0030]本發明方案充分考慮變壓器漏抗，採用較小的濾波電感進行濾波，具體可採用濾波器電抗器作為輸出濾波器，由於主電路採用多單元級聯的方式，便於採用高頻PWM控制方式，器件開關頻率較高，輸出電壓中電平數較多，諧波頻率較高，容易濾除。進一步，本方案採用變壓器中心抽頭注入補償電流，考慮配電變壓器的漏電抗，可以有效減小濾波電抗器的電感值，減小電抗器的體積。
[0031]本發明的控制平臺實現對靜止補償模塊的控制和觸發。如圖4所示，控制平臺採集配電變壓器高壓側的電壓usab。、電流Isab。，低壓側的電壓U-。、電流1-。，抽頭處的電壓Ulab。、電流IIab。；為了對逆變器直流側的電容進行均壓控制，控制平臺也採集直流電容電壓Vdc，通過H橋自身能量平衡控制方法實現直流母線電壓均壓控制。控制平臺主要採用DSP和FPGA架構，根據不同的電能質量控制要求，利用變壓器低壓側的電壓、電流信息計算得到實際所需要的無功功率或諧波電流，考慮電磁耦合傳變的幅值和相角變化，結合高壓側和連接抽頭處的電壓、電流信息，計算得到連接抽頭的無功功率或無功電流的指令信號。另外，由於採用多單元級聯方式的主電路拓撲結構，控制平臺也可以根據需要採用分相控制或者三相協調控制，在相應的控制策略下得到對應的指令電流信號。跟蹤指令電流信號的具體算法為所在領域公知技術，此處不再贅述。
[0032]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，包括配電變壓器、級聯型靜止補償模塊、輸出濾波器和控制平臺，配電變壓器的高壓側連接電力系統，配電變壓器的低壓側連接負載，配電變壓器高壓側的每相繞組的中心處設置有連接抽頭作為補償電流的注入點，連接抽頭通過輸出濾波器連接級聯型靜止補償模塊的交流輸出端，級聯型靜止補償模塊的控制輸入端連接控制平臺，控制平臺用於採集配電變壓器高、低壓側及連接抽頭的電壓和電流信息，依據這些電壓和電流信息生成跟蹤指令電流信號，利用跟蹤指令電流信號控制級聯型靜止補償模塊的輸出實現補償。
2.根據權利要求1所述的配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，其特徵在於，所述級聯型靜止補償模塊採用級聯鏈式結構作為主電路拓撲，每相均採用多個全橋結構串聯組成，三相之間採用星形或三角形連接。
3.根據權利要求2所述的配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，其特徵在於，所述全橋結構為2H橋。
4.根據權利要求1或2所述的配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，其特徵在於，所述輸出濾波器採用濾波器電抗器。
5.根據權利要求1所述的配電變壓器集成式級聯型靜止補償器，其特徵在於，所述控制平臺採用DSP+FPGA架構。
【文檔編號】H02J3/18GK104201690SQ201410356443
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】尹項根, 張哲 , 文明浩, 王存平, 雷二濤, 劉曉宇 申請人:華中科技大學