CN102364849A - 链式无功发生器中功率单元的两级降压式控制电源 - Google Patents

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秦海鸿
周波
薛恒怀
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JIANGSU NANZI TONGHUA ELECTRICAL GROUP CO Ltd
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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JIANGSU WEIFAN INTELLIGENT ELECTRICAL TECHNOLOGY CO LTD
JIANGSU NANZI TONGHUA ELECTRICAL GROUP CO Ltd
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明涉及一种链式无功发生器中功率单元的控制电源，属于电气自动化设备领域。包括：作为前级的第一、第二、第三降压式高频逆变电路和作为后级的直流稳压电源；对于任一个功率单元X，第一、第二、第三降压式高频逆变电路输入端分别接到本功率单元X、相邻的上边功率单元X-1、相邻的下边功率单元X+1的直流电容器上。降压式高频逆变电路包括一个固定占空比的高频DC/AC电路和一个高频降压变压器。后级直流稳压电源包括三个单相高频整流桥和一个DC/DC电路。采用本发明的控制电源，使得隔离变压器体积小、重量轻、成本降低，前后级功率电路参数得以优化选取设计，且可以满足功率模块冗余工作的要求，使控制电源可靠性大幅度提高。

Description

链式无功发生器中功率单元的两级降压式控制电源
技术领域
本发明涉及一种链式无功发生器中功率单元的控制电源，属于电气自动化设备领域。
背景技术
链式无功发生器(又称为链式SVG或链式STATCOM)是采用链式变流器构成的静止型动态无功补偿装置。链式变流器由多个功率单元组成，每个单元的直流侧相互独立，每个单元的交流侧经串联构成高压多电平输出，具有接入高压电网时无需滤波环节和高压变压器的优点。
由于链式无功发生器常用于输出较高交流电压的应用场合，使得其中的功率单元的控制电源供电困难。如果从链式无功发生器外部的电网侧供电，其隔离变压器需要解决高耐压和低局放问题，使得控制电源的制作难度和制作成本增加。因此，需要寻找一种高可靠、低成本且满足功率单元冗余工作要求的控制电源供电方式。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足而提供链式无功发生器的功率单元控制电源装置，解决常用的功率单元控制电源装置所固有的隔离变压器高绝缘耐压实现困难及造价高等缺点。
本发明提出的链式无功发生器中功率单元的两级降压式控制电源，包括：作为前级的第一降压式高频逆变电路、第二降压式高频逆变电路、第三降压式高频逆变电路和作为后级的直流稳压电源；设无功发生器的每相变流电路从上到下由N个功率单元串联组成，最上端功率单元为功率单元1，最下端功率单元为功率单元N，则对于功率单元2到功率单元N-1中的任一个功率单元X，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻的上边功率单元X-1的直流电容器上，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻的下边功率单元X+1的直流电容器上；对于功率单元1，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻下边功率单元2的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻下边功率单元3的直流电容器上；对于功率单元N，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻上边功率单元N-1的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻上边功率单元N-2的直流电容器上；所述的后级直流稳压电源具有三个单相高频交流输入端和一个直流输出端，所述的第一降压式高频逆变电路、第二降压式高频逆变电路和第三降压式高频逆变电路的交流输出端分别接到所述的后级直流稳压电源的三个单相高频交流输入端。
在上述控制电源中，所述的前级降压式高频逆变电路包括一个固定占空比的高频DC/AC逆变电路和一个高频降压变压器。前级降压式高频逆变电路的输入端接到所对应的功率单元的直流电容器上，前级降压式高频逆变电路的输出端接到所述的后级直流稳压电源输入端。
在上述控制电源中，所述的后级直流稳压电源包括三个单相高频整流桥和一个DC/DC变换器。所述的后级直流稳压电源的三个单相高频交流输入端分别接到所述的三个降压式高频逆变电路的输出端，所述的三个单相高频整流桥的直流输出端分别并联接到一起后，接到所述的DC/DC稳压变换器的直流输入端，所述的DC/DC稳压变换器的直流输出端接到所述的直流稳压电源的直流输出端，作为本功率单元的控制电源。
本发明提出的链式无功发生器中功率单元的两级降压式控制电源，采用本功率单元及相邻的两个功率单元的直流电容器电压作为前级降压式高频逆变电路的输入电源，前级降压式高频逆变电路采用固定占空比开环控制的高频DC/AC变换电路，经过高频降压式隔离变压器得到三路电压等级适中的高频交流输出，经后级直流稳压电源变换后为本功率单元提供控制电源。高频隔离变压器承受绝缘电压低、体积小、重量轻，使控制电源装置中的隔离电路成本降低，且前后级功率电路的参数可分别得以优化选取设计。另外，采用三套前级降压式高频逆变电路并联供电的方式，可以满足每相两个功率单元冗余工作的要求，使控制电源可靠性大幅度提高。
附图说明
图1是链式无功发生器中功率单元1的控制电源的电路图。
图2是链式无功发生器中功率单元2至功率单元N-1的控制电源的电路图。
图3是链式无功发生器中功率单元N的控制电源的电路图。
图4是本发明中前级降压式高频逆变电路的电路原理图。
图5是本发明中后级直流稳压电源的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图，详细介绍本发明的内容。
如图1所示，表示了一相链式变流器中最上边的功率单元1的控制电源的构成框图。图1中，功率器件S1、S2、S3、S4和电容C构成各功率单元电路(S1、S2、S3、S4包括各自的反并联二极管，以下同)，虚线框内为本发明中功率单元1的控制电源装置的构成框图。图1中，第二前级降压式高频逆变电路从相邻的下边功率单元2的直流电容器取得直流电源，第一前级降压式高频逆变电路从本功率单元的直流电容器取得直流电源，第三前级降压式高频逆变电路从相邻的下边功率单元3的直流电容器取得直流电源。各功率单元的直流电容器电压送给各自对应的前级降压式高频逆变电路后，输出的三路高频交流电都送到后级直流稳压电源，作为后级直流稳压电源的三路高频交流输入，直流稳压电源输出直流电压VC1+/VC1-作为功率单元1的控制电源。
如图2所示，表示了一相链式变流器中功率单元2到功率单元N-1中任一功率单元的控制电源的构成框图。图2中，功率器件S1、S2、S3、S4和电容C构成各功率单元电路(S1、S2、S3、S4包括各自的反并联二极管，以下同)，虚线框内为本发明中功率单元2的控制电源装置的构成框图。图2中，第二前级降压式高频逆变电路从相邻的上边功率单元X-1的直流电容器取得直流电源，第一前级降压式高频逆变电路从本功率单元的直流电容器取得直流电源，第三前级降压式高频逆变电路从相邻的下边功率单元X+1的直流电容器取得直流电源。各功率单元的直流电容器电压送给各自对应的前级降压式高频逆变电路后，输出的三路高频交流电都送到后级直流稳压电源，作为后级直流稳压电源的三路高频交流输入，直流稳压电源输出直流电压VCX+/VCX-作为功率单元X的控制电源。
如图3所示，表示了一相链式变流器中最下边的功率单元N的控制电源的构成框图。图3中，功率器件S1、S2、S3、S4和电容C构成各功率单元电路(S1、S2、S3、S4包括各自的反并联二极管，以下同)，虚线框内为本发明中功率单元N的控制电源装置的构成框图。图3中，第二前级降压式高频逆变电路从相邻的上边功率单元N-1的直流电容器取得直流电源，第一前级降压式高频逆变电路从本功率单元的直流电容器取得直流电源，第三前级降压式高频逆变电路从相邻的上边功率单元N-2的直流电容器取得直流电源。各功率单元的直流电容器电压送给各自对应的前级降压式高频逆变电路后，输出的三路高频交流电都送到后级直流稳压电源，作为后级直流稳压电源的三路高频交流输入，直流稳压电源输出直流电压VCN+/VCN-作为功率单元N的控制电源。
如图4所示，为本发明控制电源中的前级降压式高频逆变电路的原理图。直流电容器上的直流电压输入给固定占空比开环控制的高频DC/AC变换器，再经过高频降压式变压器，得到与直流电容器电压成比例的低压高频交流电。
如图5所示，为本发明控制电源中的后级直流稳压电源的电路原理图。三路高频交流输入分别经过三个单相高频整流桥(由快恢复二极管或肖特基二极管SBD1-SBD12构成)整流后，直流正负端分别并联连接到一起，送到闭环稳压控制的DC/DC变换器转换成稳压直流，作为稳压直流电源的输出，为本功率单元提供控制电源。
本发明中要求链式无功发生器采用自励启动方式启动，即变流器通过串加限流电阻直接并入电网，当各功率单元直流电容充电到一定电压时，对应的三个前级降压式高频逆变电路工作，输出大小随直流电容器电压成比例变化、幅值合适的高频交流电源，给后级直流稳压电源提供三路高频交流输入电源，从而为本功率单元提供直流控制电源。如果本功率单元发生故障导致其被旁路，本功率单元的后级直流稳压电源仍可以从相邻的功率单元通过其对应的前级降压式高频逆变电路取得高频交流电压。完全采用本发明的功率单元控制电源装置时，每相链式变流器可实现2个冗余功率单元的冗余工作方式(即每相任意两个功率单元故障时可实现自动旁路，链式无功发生器可继续运行)。
本发明可应用于多种采用链式变流器的电力电子装置。
以上实施例只是本发明的一个具体的实施电路原理图，并不以此限定本发明的保护范围。任何基于本发明所作的等效变换电路，均属于本发明保护范围。

Claims (3)

1.一种链式无功发生器中功率单元的两级降压式控制电源，包括：作为前级的第一降压式高频逆变电路、第二降压式高频逆变电路、第三降压式高频逆变电路和作为后级的直流稳压电源；设无功发生器的每相变流电路从上到下由N个功率单元串联组成，最上端功率单元为功率单元1，最下端功率单元为功率单元N，则对于功率单元2到功率单元N-1中的任一个功率单元X，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻的上边功率单元X-1的直流电容器上，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻的下边功率单元X+1的直流电容器上；对于功率单元1，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻下边功率单元2的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻下边功率单元3的直流电容器上；对于功率单元N，所述的第一降压式高频逆变电路的输入端接到本功率单元的直流电容器上，所述的第二降压式高频逆变电路的输入端接到相邻上边功率单元N-1的直流电容器上，所述的第三降压式高频逆变电路的输入端接到相邻上边功率单元N-2的直流电容器上；所述的后级直流稳压电源具有三个单相高频交流输入端和一个直流输出端，所述的第一降压式高频逆变电路、第二降压式高频逆变电路和第三降压式高频逆变电路的交流输出端分别接到所述的后级直流稳压电源的三个单相高频交流输入端。
2.如权利要求1所述的前级降压式高频逆变电路包括一个固定占空比的高频DC/AC逆变电路和一个高频降压变压器。前级降压式高频逆变电路的输入端接到所对应的功率单元的直流电容器上，前级降压式高频逆变电路的输出端接到所述的后级直流稳压电源输入端。
3.如权利要求1所述的后级直流稳压电源包括三个单相高频整流桥和一个DC/DC变换器。所述的后级直流稳压电源的三个单相高频交流输入端分别接到所述的三个降压式高频逆变电路的输出端，所述的三个单相高频整流桥的直流输出端分别并联接到一起后，接到所述的DC/DC稳压变换器的直流输入端，所述的DC/DC稳压变换器的直流输出端接到所述的直流稳压电源的直流输出端，作为本功率单元的控制电源。
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