一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括單相變換電路、公共直流母線電路、換流電抗器和啟動(dòng)電路；單相變換電路與公共直流母線電路并聯(lián)，并聯(lián)后輸出端連接換流電抗器，換流電抗器通過啟動(dòng)電路接入交流電網(wǎng)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無功電壓支撐、諧波污染治理以及功率振蕩阻尼等功能，可直掛中高壓交流電網(wǎng)，輸出波形質(zhì)量好、開關(guān)動(dòng)作頻率低、所需開關(guān)器件數(shù)量相對(duì)較少、直流電壓利用率高以及可抑制直流側(cè)故障電流等特點(diǎn)，可以減少交流側(cè)濾波器數(shù)量，降低補(bǔ)償器的前期投入成本和控制復(fù)雜度，提高無功補(bǔ)償器的能量轉(zhuǎn)換效率，提高無功補(bǔ)償器的故障生存能力，提升無功補(bǔ)償器的單位利用率以及擴(kuò)大無功補(bǔ)償器的應(yīng)用場(chǎng)合和作用。
【專利說明】一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體講涉及一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]無功補(bǔ)償對(duì)于交流電力系統(tǒng)來講意義重大,無功功率的平衡直接影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。適當(dāng)?shù)臒o功功率補(bǔ)償可以解決電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行模式下由于無功不足和無功過剩帶來的過電壓及系統(tǒng)穩(wěn)定等問題。
[0003]固定式無功補(bǔ)償裝置和相控型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置是現(xiàn)階段發(fā)展最為成熟的兩種無功補(bǔ)償方式，但由于目前系統(tǒng)中高速鐵路、大量非線性負(fù)荷以及有源負(fù)荷的引入，系統(tǒng)潮流劇烈變化，要求系統(tǒng)無功響應(yīng)更加迅速，且具備良好諧波濾除功能，常規(guī)的基于電容器或電抗器投切的固定無功補(bǔ)償方式由于存在無功補(bǔ)償線性度欠佳，且有可能引起系統(tǒng)諧波放大及過電壓等問題，已無法滿足當(dāng)前無功迅速響應(yīng)及交流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行需求。
[0004]基于電壓源換相的靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)是近年來迅速發(fā)展的一種同時(shí)具備無功補(bǔ)償和諧波抑制的新型裝置，該補(bǔ)償器在國外已經(jīng)相當(dāng)成熟，但在國內(nèi)還沒有實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破，主要是應(yīng)用在中高壓領(lǐng)域的變換器拓?fù)浼夹g(shù)，現(xiàn)階段已實(shí)現(xiàn)工程化的STATC0M主電路拓?fù)湟话闶菐в泄ゎl變壓器的設(shè)計(jì)方式，該方式存在設(shè)備投資大、占地多、成本高以及生產(chǎn)周期長等問題。另外存在一種基于級(jí)聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)存在器件投資大、控制相對(duì)較復(fù)雜等問題，且目前應(yīng)用電壓等級(jí)較低，一般為IOkV及以下。
[0005]現(xiàn)階段由于大規(guī)模新能源電力的注入，功率的波動(dòng)性及隨機(jī)性較強(qiáng)，系統(tǒng)備用無功容量不足，電能質(zhì)量問題以及系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題逐漸外延到交流傳輸網(wǎng)，嚴(yán)重影響大系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至有可能導(dǎo)致大規(guī)模新能源電站的高低電壓脫網(wǎng)事故。因此應(yīng)用于中高壓領(lǐng)域的大容量快速動(dòng)態(tài)同步無功補(bǔ)償器的主電路拓?fù)鋯栴}尤顯突出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該無功補(bǔ)償器與傳統(tǒng)無功補(bǔ)償器相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)無功電壓支撐、諧波污染治理以及功率振蕩阻尼等功能，而且無需輸入變壓器，可直掛中高壓交流電網(wǎng)，輸出波形質(zhì)量好、開關(guān)動(dòng)作頻率低、所需開關(guān)器件數(shù)量相對(duì)較少、直流電壓利用率高以及可抑制直流側(cè)故障電流等特點(diǎn)，可以減少交流側(cè)濾波器數(shù)量，降低補(bǔ)償器的前期投入成本，降低補(bǔ)償器的控制復(fù)雜度，提高無功補(bǔ)償器的能量轉(zhuǎn)換效率，提高無功補(bǔ)償器的故障生存能力，提升無功補(bǔ)償器的單位利用率以及擴(kuò)大無功補(bǔ)償器的應(yīng)用場(chǎng)合和作用。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單相變換電路、公共直流母線電路、換流電抗器和啟動(dòng)電路；所述單相變換電路與公共直流母線電路并聯(lián)，并聯(lián)后輸出端連接換流電抗器，換流電抗器通過啟動(dòng)電路接入交流電網(wǎng)。
[0009]所述單相變換電路包括A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路；所述A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路均包括上橋臂和下橋臂。
[0010]所述上橋臂和下橋臂均包括依次連接的波形發(fā)生電路、環(huán)流抑制電抗器和切換開關(guān)電路。
[0011]A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路中的上橋臂和下橋臂對(duì)稱分布，上橋臂的波形發(fā)生電路一端連接，形成公共直流母線正極，下橋臂的波形發(fā)電路一端連接，形成公共直流母線負(fù)極，上/下橋臂的波形發(fā)生電路的另一端連接環(huán)流抑制電抗器，環(huán)流抑制電抗器的另一端連接切換開關(guān)電路，切換開關(guān)電路的另一端連接換流電抗器。
[0012]所述上橋臂的波形發(fā)生電路工作于正半周期，下橋臂的波形發(fā)生電路工作于負(fù)半周期，上/下橋臂的波形發(fā)生電路均采用正弦波作為調(diào)制波；
[0013]所述波形發(fā)生電路由N個(gè)相同或不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊串聯(lián)而成，輸出相電壓電平階梯數(shù)為2N+1，功率模塊的首末兩端分別為波形發(fā)生電路的輸入端和輸出端；
[0014]所述功率模塊輸出的電平階梯包括正電平、負(fù)電平和零電平，不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊輸出幅值相同或不同的電平階梯。
[0015]所述功率模塊包括IGBI\、IGBT2, IGBT3、IGBT4和直流側(cè)電容器C ;所述IGBT1與IGBT2、IGBT3與IGBT4分別串聯(lián)后，再分別與直流側(cè)電容器C并聯(lián)，所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端；
[0016]所述IGBI\、IGBT2, IGBT3和GBT4均包括開關(guān)器件和二極管，開關(guān)器件和二極管反并聯(lián)。
[0017]所述功率模塊包括IGBI\、IGBT2, IGBT3、IGBT4、、IGBT5、直流側(cè)電容器C1、直流側(cè)電容器C2、二極管D1和二極管D2 ;所述IGBT1與IGBT2串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C1并聯(lián)，直流側(cè)電容器C1 一端與二極管D1 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線正極I，直流側(cè)電容器C1的另一端為直流母線負(fù)極I ;所述IGBT3與IGBT4串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C2并聯(lián)，直流側(cè)電容器C2 —端與二極管D2 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線負(fù)極2，直流側(cè)電容器C2的另一端為直流母線正極2 ;二極管D1的另一端與直流母線正極2連接；二極管D2另一端與直流母線負(fù)極2連接；IGBT5的一端連接直流母線正極2，其另一端連接直流母線負(fù)極2 ；所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端。
[0018]所述環(huán)流抑制電抗器用于抑制上下橋臂間的環(huán)流幅值，并參與功率模塊直流電壓平衡控制，并可將換流電抗器電抗值折算至環(huán)流抑制電抗器電抗值。
[0019]所述切換開關(guān)電路由IGBT串聯(lián)組成，IGBT包括開關(guān)器件和與其反并聯(lián)的二極管，開關(guān)器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持一致；
[0020]所述切換開關(guān)電路工作于低頻工作狀態(tài)，開關(guān)頻率為調(diào)制波頻率的2倍；當(dāng)調(diào)制波處于正半周期工作狀態(tài)時(shí)，上橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)調(diào)制波處于負(fù)半期工作狀態(tài)時(shí)，下橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0021]所述公共直流母線電路由電容器組串聯(lián)組成；其中電容器組由單體電容器并聯(lián)組成，且每個(gè)單體電容器并聯(lián)分壓電阻，以保證電容器單體均分直流母線電壓。
[0022]所述啟動(dòng)電路包括A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路,所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路均包括充電電阻和旁路開關(guān)，所述充電電阻和旁路開關(guān)并聯(lián)。
[0023]所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路分別通過交流開關(guān)QFp QF2和QF3接入交流電網(wǎng)。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]( I)具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器無需輸入變壓器，可直掛中高壓交流電網(wǎng)，使補(bǔ)償器的生產(chǎn)周期縮短、體積和占地面積減小、成本降低、結(jié)構(gòu)簡化以及運(yùn)輸方便，便于組裝成可移動(dòng)式補(bǔ)償器。
[0026](2)具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器輸出波形質(zhì)量好，使補(bǔ)償器的輸出端基本不需要低次諧波濾波器，使補(bǔ)償器的輸出性能得到提升的同時(shí)，補(bǔ)償器總體體積減小，總體造價(jià)降低，并且對(duì)系統(tǒng)的負(fù)面影響減小，電磁干擾也小。
[0027](3)具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器開關(guān)器件相對(duì)較少，開關(guān)動(dòng)作頻率低，使得補(bǔ)償器的電能轉(zhuǎn)換效率得到提升，年損耗下降，經(jīng)濟(jì)性得以提升。
[0028](4)具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器直流電壓利用率高，使得補(bǔ)償器的輸出電壓能適應(yīng)電網(wǎng)的寬范圍變動(dòng)需求，提升補(bǔ)償器的電網(wǎng)適應(yīng)性。
[0029](5)具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器可抑制直流側(cè)故障電流，使得補(bǔ)償器的開關(guān)器件最大電壓、電流應(yīng)力下降，節(jié)省了器件成本，提升了裝置生存能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是中高壓直掛式靜止無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種波形發(fā)生電路中功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中另一種波形發(fā)生電路中功率模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中切換開關(guān)電路拓?fù)洳灰鈭D；
[0034]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中靜止無功補(bǔ)償器工作原理示意圖；
[0035]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中環(huán)流電抗器設(shè)計(jì)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037]本發(fā)明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單相變換電路、公共直流母線電路、換流電抗器和啟動(dòng)電路；所述單相變換電路與公共直流母線電路并聯(lián)，并聯(lián)后輸出端連接換流電抗器，換流電抗器通過啟動(dòng)電路接入交流電網(wǎng)。
[0038]所述單相變換電路包括A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路；所述A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路均包括上橋臂和下橋臂。
[0039]所述上橋臂和下橋臂均包括依次連接的波形發(fā)生電路、環(huán)流抑制電抗器和切換開關(guān)電路。
[0040]A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路中的上橋臂和下橋臂對(duì)稱分布，上橋臂的波形發(fā)生電路一端連接，形成公共直流母線正極，下橋臂的波形發(fā)電路一端連接，形成公共直流母線負(fù)極，上/下橋臂的波形發(fā)生電路的另一端連接環(huán)流抑制電抗器，環(huán)流抑制電抗器的另一端連接切換開關(guān)電路，切換開關(guān)電路的另一端連接換流電抗器。
[0041]所述上橋臂的波形發(fā)生電路工作于正半周期，下橋臂的波形發(fā)生電路工作于負(fù)半周期，上/下橋臂的波形發(fā)生電路均采用正弦波作為調(diào)制波；
[0042]所述波形發(fā)生電路由N個(gè)相同或不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊串聯(lián)而成，輸出相電壓電平階梯數(shù)為2N+1，功率模塊的首末兩端分別為波形發(fā)生電路的輸入端和輸出端；
[0043]所述功率模塊輸出的電平階梯包括正電平、負(fù)電平和零電平，不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊輸出幅值相同或不同的電平階梯。
[0044]所述功率模塊包括IGBI\、IGBT2, IGBT3、IGBT4和直流側(cè)電容器C ;所述IGBT1與IGBT2、IGBT3與IGBT4分別串聯(lián)后，再分別與直流側(cè)電容器C并聯(lián)，所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端；
[0045]所述IGBI\、IGBT2, IGBT3和GBT4均包括開關(guān)器件和二極管，開關(guān)器件和二極管反并聯(lián)。
[0046]所述功率模塊包括IGBI\、IGBT2, IGBT3、IGBT4,、IGBT5、直流側(cè)電容器C1、直流側(cè)電容器C2、二極管D1和二極管D2 ;所述IGBT1與IGBT2串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C1并聯(lián)，直流側(cè)電容器C1 一端與二極管D1 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線正極I，直流側(cè)電容器C1的另一端為直流母線負(fù)極I ;所述IGBT3與IGBT4串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C2并聯(lián)，直流側(cè)電容器C2 —端與二極管D2 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線負(fù)極2，直流側(cè)電容器C2的另一端為直流母線正極2 ;二極管D1的另一端與直流母線正極2連接；二極管D2另一端與直流母線負(fù)極2連接；IGBT5的一端連接直流母線正極2，其另一端連接直流母線負(fù)極2 ；所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端。
[0047]所述環(huán)流抑制電抗器用于抑制上下橋臂間的環(huán)流幅值，并參與功率模塊直流電壓平衡控制，并可將換流電抗器電抗值折算至環(huán)流抑制電抗器電抗值。
[0048]所述切換開關(guān)電路由IGBT串聯(lián)組成，IGBT包括開關(guān)器件和與其反并聯(lián)的二極管，開關(guān)器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持一致；
[0049]所述切換開關(guān)電路工作于低頻工作狀態(tài)，開關(guān)頻率為調(diào)制波頻率的2倍；當(dāng)調(diào)制波處于正半周期工作狀態(tài)時(shí)，上橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)調(diào)制波處于負(fù)半期工作狀態(tài)時(shí)，下橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0050]所述公共直流母線電路由電容器組串聯(lián)組成；其中電容器組由單體電容器并聯(lián)組成，且每個(gè)單體電容器并聯(lián)分壓電阻，以保證電容器單體均分直流母線電壓。
[0051 ] 所述啟動(dòng)電路包括A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路,所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路均包括充電電阻和旁路開關(guān)，所述充電電阻和旁路開關(guān)并聯(lián)。
[0052]所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路分別通過交流開關(guān)QFp QF2和QF3接入交流電網(wǎng)。
[0053]該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不需要串入傳統(tǒng)的工頻變壓器，且具備兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了降低成本、節(jié)省空間、降低控制復(fù)雜度和提升性能的目的。
[0054]具有該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜止無功補(bǔ)償器可直接接入中高壓電力系統(tǒng)，且具有輸出波形質(zhì)量好、開關(guān)動(dòng)作頻率低、所需開關(guān)器件數(shù)量相對(duì)較少、直流電壓利用率高以及可抑制直流側(cè)故障電流等特點(diǎn)，可為中高壓領(lǐng)域的大容量動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器的商業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)參考。
[0055]實(shí)施例
[0056]如圖1，中高壓直掛式靜止無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由3個(gè)單相變換電路組成，每個(gè)單相變換電路由上、下橋臂組成，每個(gè)橋臂由波形發(fā)生電路、環(huán)流抑制電抗器和切換開關(guān)電路組成。在上橋臂中，波形發(fā)生電路的一端連接在一起，形成公共直流母線正極，另一端與環(huán)流抑制電抗器Lal，Lbl, Lcl連接；環(huán)流抑制電抗器Lal，Lbl, Lcl的另一端與切換開關(guān)Sal, Sbl, Sca連接。單相變換電路中上、下橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈對(duì)稱分布，波形發(fā)生電路、環(huán)流抑制電抗順和切換開關(guān)電路連接方式相同，且形成了公共直流母線負(fù)極。因此上橋臂環(huán)流抑制電抗器Lal, Lbl, Lcl的另一端與下橋臂環(huán)流抑制電抗器La2, Lb2, Lc2的另一端相連,再輸入電抗器1^，Lb, Lc的一端相連,輸入電抗器另一端連接充電電阻RF1,充電電阻RF1并聯(lián)開關(guān)QF2后，再通過另一個(gè)開關(guān)QF1接入交流電網(wǎng)。
[0057]波形發(fā)生電路由相同或不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊串聯(lián)而成，見圖2或圖3，兩種標(biāo)準(zhǔn)功率模塊單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以圖2為例說明，標(biāo)準(zhǔn)功率模塊包括:4個(gè)開關(guān)器件Sp S2, S3, S4,4個(gè)二極管D1, D2, D3, D4和直流側(cè)電容器C組成。開關(guān)器件Sp S2, S3> S4與二極管D1, D2, D3,D4分別并聯(lián)，開關(guān)器件SpS2和S3、S4分別相串聯(lián)后再并聯(lián)，再與直流側(cè)電容器C相并聯(lián)，開關(guān)器件SpS2的公共端為該功率模塊的輸入或輸出端口，開關(guān)器件Sp S2的公共端為該功率模塊的另一輸入或輸出端口。該公共端再與其他功率單元的輸入或輸出端相聯(lián)，形成波形發(fā)生電路。 [0058]圖4為切換開關(guān)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由N個(gè)開關(guān)器件SpS2、S3至Sn，N個(gè)二極管D1, D2, D3至Dn組成。開關(guān)器件Sp S2, S3至Sn與二極管D1, D2, D3至Dn分別并聯(lián)后再串聯(lián)，開關(guān)器件S1的集電極為切換開關(guān)電路的輸入或輸出端口，開關(guān)器件Sn的發(fā)射極為切換開關(guān)電路的另一個(gè)輸入或輸出端口。
[0059]圖5，該主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本工作原理示意圖，通過對(duì)波形發(fā)生電路和切換開關(guān)電路中開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)無功功率的補(bǔ)償、直流電壓的控制，以提高電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。當(dāng)調(diào)制波處于正半周時(shí)，上橋臂波形發(fā)生電路按正弦調(diào)制，且存在直流偏置，上橋臂切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)；下橋臂波形發(fā)生電路輸出一半直流母線電壓，下橋臂切換開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)調(diào)制波處于負(fù)半周時(shí)，上橋臂波形發(fā)生電路輸出一半直流母線電壓，上橋臂切換開關(guān)電路處于關(guān)斷狀態(tài)；下橋臂波形發(fā)生電路按正弦調(diào)制，且存在直流偏置，下橋臂切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0060]圖6為環(huán)流抑制電抗器設(shè)計(jì)原理，當(dāng)補(bǔ)償器穩(wěn)定工作時(shí)，存在如圖所示的兩條電流回路，回路I包括直流母線電壓Ud。、上下橋臂波形發(fā)生電路輸出電壓Uap，Uan和環(huán)流抑制電抗器暫態(tài)電壓隊(duì)等，且三者之間存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系；回路2包括一半直流母線電壓Udc/2、下橋臂波形發(fā)生電路輸出電壓Uap，Uan和環(huán)流抑制電抗器暫態(tài)電壓隊(duì)等，且三者之間存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系。將上述數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行整理可知，環(huán)流抑制電抗器的大小與橋臂暫態(tài)電流上升率和輸入交流側(cè)相電壓峰值有關(guān)。
[0061]該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充分利用了模塊化多電平變流技術(shù)輸出波形質(zhì)量好和兩電平拓?fù)渥兞骷夹g(shù)控制簡單等方面的特點(diǎn)，去掉了工頻變壓器，節(jié)省了投資成本和占地面積，提升了裝置的經(jīng)濟(jì)性和適用性。[0062]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單相變換電路、公共直流母線電路、換流電抗器和啟動(dòng)電路；所述單相變換電路與公共直流母線電路并聯(lián)，并聯(lián)后輸出端連接換流電抗器，換流電抗器通過啟動(dòng)電路接入交流電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述單相變換電路包括A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路；所述A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路均包括上橋臂和下橋臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上橋臂和下橋臂均包括依次連接的波形發(fā)生電路、環(huán)流抑制電抗器和切換開關(guān)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路中的上橋臂和下橋臂對(duì)稱分布，上橋臂的波形發(fā)生電路一端連接，形成公共直流母線正極，下橋臂的波形發(fā)電路一端連接，形成公共直流母線負(fù)極，上/下橋臂的波形發(fā)生電路的另一端連接環(huán)流抑制電抗器，環(huán)流抑制電抗器的另一端連接切換開關(guān)電路，切換開關(guān)電路的另一端連接換流電抗器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上橋臂的波形發(fā)生電路工作于正半周期，下橋臂的波形發(fā)生電路工作于負(fù)半周期，上/下橋臂的波形發(fā)生電路均采用正弦波作為調(diào)制波； 所述波形發(fā)生電路由N個(gè)相同或不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊串聯(lián)而成，輸出相電壓電平階梯數(shù)為2N+1，功率模塊的首末兩端分別為波形發(fā)生電路的輸入端和輸出端； 所述功率模塊輸出的電平階梯包括正電平、負(fù)電平和零電平，不同標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊輸出幅值相同或不同的電平階梯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述功率模塊包括IGBI\、IGBT2、IGBT3、IGBT4和直流側(cè)電容器C ;所述IGBT1與IGBT2、IGBT3與IGBT4分別串聯(lián)后，再分別與直流側(cè)電容器C并聯(lián)，所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端； 所述IGBI\、IGBT2,IGBT3和GBT4均包括開關(guān)器件和二極管，開關(guān)器件和二極管反并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述功率模塊包括IGBT2, IGBT3、IGBT4,, IGBT5、直流側(cè)電容器C1、直流側(cè)電容器C2、二極管D1和二極管D2 ;所述IGBT1與IGBT2串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C1并聯(lián)，直流側(cè)電容器C1 一端與二極管D1 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線正極1，直流側(cè)電容器C1的另一端為直流母線負(fù)極I ;所述IGBT3與IGBT4串聯(lián)后與直流側(cè)電容器C2并聯(lián)，直流側(cè)電容器C2 —端與二極管D2 —端相連，該連接點(diǎn)為功率模塊直流母線負(fù)極2，直流側(cè)電容器C2的另一端為直流母線正極2 ;二極管D1的另一端與直流母線正極2連接；二極管D2另一端與直流母線負(fù)極2連接；IGBT5的一端連接直流母線正極2，其另一端連接直流母線負(fù)極2 ；所述IGBT1與IGBT2的公共端及IGBT3與IGBT4的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述環(huán)流抑制電抗器用于抑制上下橋臂間的環(huán)流幅值，并參與功率模塊直流電壓平衡控制，并可將換流電抗器電抗值折算至環(huán)流抑制電抗器電抗值。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述切換開關(guān)電路由IGBT串聯(lián)組成，IGBT包括開關(guān)器件和與其反并聯(lián)的二極管，開關(guān)器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持一致； 所述切換開關(guān)電路工作于低頻工作狀態(tài)，開關(guān)頻率為調(diào)制波頻率的2倍；當(dāng)調(diào)制波處于正半周期工作狀態(tài)時(shí)，上橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)調(diào)制波處于負(fù)半期工作狀態(tài)時(shí)，下橋臂的切換開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述公共直流母線電路由電容器組串聯(lián)組成；其中電容器組由單體電容器并聯(lián)組成，且每個(gè)單體電容器并聯(lián)分壓電阻，以保證電容器單體均分直流母線電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述啟動(dòng)電路包括A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路，所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路均包括充電電阻和旁路開關(guān)，所述充電電阻和旁路開關(guān)并聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的中高壓直掛式靜止同步無功補(bǔ)償器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述A相啟動(dòng)電路、B相啟動(dòng)電路和C相啟動(dòng)電路分別通過交流開關(guān)QF1AF2和QF3接入交流電網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103840474SQ201410075640
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】王志冰, 姚良忠, 遲永寧, 王曉弘, 李琰, 呂鳴鏑, 孫蔚, 吳婧, 趙琳, 王真, 湯海雁, 張占奎, 魏林君, 蘇媛媛 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞張北風(fēng)電研究檢測(cè)有限公司, 江蘇省電力公司, 國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司