CN102957151A - 一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法 - Google Patents

一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法，包括位于所述电网中的任意两相之间的多个变流器模块，每一变流器模块包括串联连接的多个逆变电路，每一逆变电路包括：能量存储单元，用于提供一直流电压信号；电容连接至能量存储单元；以及一H桥电路，将该直流电压信号转换为交流电压信号，其中，这些变流器模块采用三角形连接方式对三相交流电网进行无功补偿及有功调节。采用本发明，将多个变流器模块分别设置于三相交流电网的任意两相之间且采用三角形连接，可在电网发生波动时保持电网电压持续稳定，而且还可补偿系统负载不平衡时的负载电流。

Description

一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法
技术领域
本发明涉及交流电网的功率补偿技术，尤其涉及一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法。
背景技术
对于电网来说，电源供给负载的电功率包括两种，一是有功功率，二是无功功率，其中，有功功率是指保持用电设备正常运行所需的电功率，而无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。一般来说，凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率，由于它建立磁场时不对外做功，因而也被称为“无功”。
当前，随着能源危机与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展风力发电、太阳能发电等可再生能源事业。以风力发电为例，从失速型风电系统到变速恒频风电系统，从有齿轮箱的风电系统到无需齿轮箱的直驱型风电系统，我国风电的装机容量也在快速增长。对于失速型风力异步发电机来说，它必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场和满足漏磁的需要，另外也能够补偿定子和转子励磁所消耗的无功功率。然而，一般的中、大型感应电机，励磁电流约为额定电流的20％～25％，因而励磁所需的无功功率就达到发电机容量的20％～25％，因而感应发电机总共所需的无功功率约占发电机容量的25％～30％。这将极大地加重电网中的无功功率负担，从而导致电网的功率因数下降，并引起电网电压下降和线路损耗增大，影响电网的稳定性。另外，风力发电系统输出有功功率随风速变化而变化，发电端输出有功功率与用电端负载功率不平衡时，电网频率会变化，危害电力系统的稳定。
现有技术中的一种解决方案是在于，采用静止无功补偿器(SVC，Static Var Compensation)，由晶闸管所控制投切的电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时该静止无功补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要。但是，晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，需要加装专门的滤波器。
有鉴于此，如何设计出一种新型的功率补偿技术方案，不仅能够提供无功功率来对电网电压进行控制，还可在系统加载平衡负载以及不平衡负载时均能实现输出功率和负载功率之间的平衡，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的风力发电机组在对电网进行功率补偿时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型的功率补偿装置及功率补偿方法。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于可再生能源系统的功率补偿装置，适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，其中，该功率补偿装置包括位于所述电网中的任意两相之间的多个变流器模块，所述变流器模块包括串联连接的多个逆变电路，并且每一逆变电路具有：
一能量存储单元，用于提供一直流电压信号；
一电容，连接至所述能量存储单元；以及
一H桥电路，与所述电容并联连接，用于将来自所述能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号，其中，所述H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路，
其中，所述多个变流器模块采用三角形连接方式。
优选地，所述H桥电路为两电平H桥或三电平H桥。
在一具体实施例中，当所述H桥电路为两电平H桥时，所述第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的两个功率开关所构成。此外，所述功率开关还具有一反向续流二极管，并联连接至所述功率开关的一第一电极和一第二电极之间。
在另一具体实施例中，当所述H桥电路为三电平H桥时，第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的第一、第二、第三和第四功率开关所构成，其中，第一与第二功率开关间的节点以及第三与第四功率开关间的节点之间还设有串联连接的第一和第二箝位半导体开关器件，并且所述第二和第三功率开关间的节点电性连接至所述电网的任意两相中的一相或与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。进一步，所述电容包括串联连接的一第一电容和一第二电容，并且所述第一电容和第二电容间的节点电性连接至所述第一和第二箝位半导体开关器件间的节点。
优选地，所述能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。
优选地，该功率补偿装置还包括一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，用于将所述能量存储单元提供的直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。
优选地，当所述变流器模块的输出电压大于所述电网电压时，所述变流器模块输出感性的无功功率；以及当所述变流器模块的输出电压小于所述电网电压时，所述变流器模块输出容性的无功功率。进一步，当所述电网电压下降时，所述功率补偿装置用于提供无功功率补偿从而使所述电网电压保持稳定，以及提供有功功率调节从而使所述电网频率保持稳定。
优选地，可再生能源系统为风力发电系统或太阳能发电系统。
依据本发明的又一个方面，提供了一种用于可再生能源系统的功率补偿方法，适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，其中，该方法包括以下步骤：
提供一能量存储单元，以产生一直流电压信号；
提供一电容，并且该电容连接至所述能量存储单元；
提供一H桥电路，与所述电容并联连接，用于将所述直流电压信号转换成交流电压信号，并且将所述H桥电路、能量存储单元以及电容的组合构成一逆变电路；
将多个所述逆变电路串联连接，以形成一变流器模块，并且将所述变流器模块设置于所述电网的任意两相之间；以及
将多个所述变流器模块采用三角形连接方式，对所述电网进行无功补偿和有功调节。
优选地，所述H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。
优选地，所述能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。
优选地，该方法还包括步骤：提供一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，将所述能量存储单元提供的所述直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。
优选地，当所述变流器模块的输出电压大于所述电网电压时，所述变流器模块输出感性的无功功率；以及当所述变流器模块的输出电压小于所述电网电压时，所述变流器模块输出容性的无功功率。
优选地，当所述电网电压下降时，该方法用于提供无功功率补偿以及有功功率调节，从而分别使所述电网电压和电网频率保持稳定，以便实现暂态下低电压穿越。
优选地，可再生能源系统为风力发电系统或太阳能发电系统。
采用本发明的功率补偿装置及其方法，将多个变流器模块分别设置于三相交流电网的任意两相之间且采用三角形连接方式，通过变流器模块中的H桥电路将能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号，以便向交流电网提供容性无功功率或感性无功功率的无功补偿，进而在电网电压发生波动时保持电网电压的持续稳定。此外，不同于星形连接，本发明的功率补偿装置中的三角形连接的变流器模块还可补偿系统负载不平衡时的负载电流。此外，通过该能量存储单元还可向电网提供有功功率补偿，进而使该交流电网频率保持稳定，以使得该功率补偿装置具有暂态下的低电压穿越功能。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中：
图1示出依据本发明一个方面的用于可再生能源系统的功率补偿装置的整体架构图。
图2示出图1中变流器模块的逆变电路的结构框图。
图3示出图2中的变流器模块的逆变电路的一优选实施例的电路示意图。
图4示出图2中的变流器模块的逆变电路的另一优选实施例的电路示意图。
图5A示出图2中的变流器模块向电网提供无功补偿的等效电路图；图5B示出基于图5A的等效电路，当变流器模块的交流输出电压大于电网电压时对应的无功电流的矢量示意图；以及图5C示出基于图5A的等效电路，当变流器模块的交流输出电压小于电网电压时对应的无功电流的矢量示意图。
图6示出依据本发明的另一个方面的用于可再生能源系统的功率补偿方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明一个方面的用于可再生能源系统的功率补偿装置的整体架构图。参照图1，风机1经由诸如机侧转换器、网侧转换器和滤波处理后，与交流电网电性连接，以及风机N(N为大于1的自然数)也经由诸如机侧转换器、网侧转换器和滤波处理后与该交流电网电性连接，并且该交流电网包括三相交流电压，即A相、B相和C相。本领域的普通技术人员应当理解，图1仅仅示意性地以风力发电系统进行举例，但本发明并不只局限于此。例如，该可再生能源系统还可以是太阳能发电系统或其他的能源系统。
当电网电压变化时，必须在该风电系统中引入功率补偿装置，并通过该功率补偿装置来输出无功功率至交流电网，以确保电网电压维持稳定。虽然静止无功补偿器(SVC，Static VarCompensation)中的晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制，但是，晶闸管用来控制电抗器的投切时会产生高次谐波，这将造成静止无功补偿器在进行滤波器设计时的诸多困难。有鉴于此，如何能实时、快速地对交流电网进行无功补偿，并且在无功补偿时有效地减少或消除高次谐波分量对系统的滤波设计造成的影响，是相关技术人员需要解决的难题。
再次参照图1，本发明的功率补偿装置适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，该功率补偿装置包括位于该交流电网中的任意两相之间的三个变流器模块，即，位于电网A相和B相之间的变流器模块10(图中虚线框所示)、位于电网B相和C相之间的变流器模块11(图中虚线框所示)、位于电网C相和A相之间的变流器模块12(图中虚线框所示)。
更加详细地，变流器模块10包括串联(或称为级联)连接的多个逆变电路A1、A2和A3，变流器模块11包括串联连接的多个逆变电路B1、B2和B3，以及变流器模块12包括串联连接的多个逆变电路C1、C2和C3。其中，变流器模块10中的逆变电路A1经由耦合电抗器L1连接至电网的A相，变流器模块11中的逆变电路B1经由耦合器件(如电抗器L2)连接至电网的B相，以及变流器模块12中的逆变电路C1经由耦合器件(如电抗器L3)连接至电网的C相。需要特别指出的是，变流器模块10中的逆变电路A3还电性连接至电网的B相，变流器模块11中的逆变电路B3还电性连接至电网的C相，并且变流器模块12中的逆变电路C3还电性连接回电网的A相，从而使变流器模块10、变流器模块11和变流器模块12构成三角形连接。
以下，具体说明变流器模块在三角形连接方式以及星形连接方式下分别对电网进行无功补偿。对于星形连接，变流器模块对交流电网进行无功补偿时，三相星形连接的级联多电平逆变器经由电抗器连接至电网，此时级联逆变器的输出电压基本由系统电压中与之同相的相电压进行控制。在系统负载平衡的情形下，逆变器与电网输电线之间并没有能量交换，转而由变流器模块中的直流电容来支持电网处于额定电压。然而，在绝大多数情形下，三相电源系统的负载是不平衡的，此时三相星形连接的级联多电平逆变器仍然可以用来补偿无功功率，但却难以用来校正系统电流的不平衡，如果使用星形连接的逆变器来补偿不平衡负载，则逆变器与电网输电线之间必须有实时的能量交换，而能量交换将会对逆变器中的直流电容过度充电或放电，这与变流器模块进行无功补偿的基本工作原理是相违背的。相比之下，对于三角形连接来说，变流器模块对交流电网进行无功补偿时，三相三角形连接的级联多电平逆变器经由电抗器连接至电网，级联逆变器的输出电压由相应的线电压进行控制。此时，三相三角形连接的级联多电平逆变器不仅可用来补偿无功功率(逆变器的输出电流总是滞后或超前该逆变器的电压从而产生或吸收所需的无功功率)，而且还可对不平衡的负载电流进行补偿。
图2示出图1中变流器模块的逆变电路的结构框图。较佳地，变流器模块10、变流器模块11和变流器模块12中的每一逆变电路采用完全相同的电子元件进行电路设计。以逆变电路A1为例，该逆变电路包括能量存储单元111、耦合电抗器L、电容C和H桥电路。其中，能量存储单元111提供一直流电压信号，例如，该能量存储单元111可以是电池、直流电源或超级电容器。电容C经由该耦合电抗器L连接至能量存储单元111。
并且，H桥电路与电容C并联连接，用来将来自能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号。例如，该H桥电路为两电平H桥或三电平H桥。具体地，H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，以及该第一桥臂的输出端子OUT1作为H桥电路的一输出端且该第二桥臂的输出端子OUT2作为H桥电路的另一输出端。在一具体实施例中，输出端子OUT1经由耦合电抗器L1电性连接至交流电网的A相，而输出端子OUT2级联至同一变流器模块中与该逆变电路相邻的另一逆变电路A2。在另一具体实施例中，将上述三相三角形连接的变流器模块接入三相交流电网，在电网电压发生波动或电压下降时，该变流器模块用来提供无功功率从而使电网电压保持稳定，以及在较短的瞬间还可提供有功功率从而使电网频率保持稳定，从而实现该系统的低电压穿越能力。
图3示出图2中的变流器模块的逆变电路的一优选实施例的电路示意图。参照图3，当逆变电路的H桥电路为两电平H桥时，其第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的两个功率开关所构成。较佳地，该功率开关还包括一反向续流二极管，并联连接至功率开关的一第一电极和一第二电极之间，例如，该功率开关可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)，IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor，注入增强栅晶体管)等。则第一桥臂由功率开关S11和S12构成，第二桥臂由功率开关S21和S22所构成，并且功率开关S11和S12间的节点连接至该桥式电路的输出端子OUT1，以及功率开关S21和S22间的节点连接至该桥式电路的输出端子OUT2。不难看出，通过控制功率开关S11、S12、S21和S22的栅极脉冲信号，可在H桥电路的输出端子OUT1和OUT2之间输出两种数值的交流电压，即Udc(+Udc或-Udc)、0V。更具体地，当功率开关S11和S22导通时，输出端子OUT1和OUT2之间的电压为+Udc；当功率开关S11和S21导通时，输出端子OUT1和OUT2之间的电压为0V；以及当功率开关S12和S21导通时，输出端子OUT1和OUT2之间的电压为-Udc。
在一较佳实施例中，该逆变电路还可包括一直流-直流转换器(未示出)，该直流-直流转换器电性连接于能量存储单元111与H桥电路之间，用来将所述能量存储单元111提供的直流电压信号转换成与H桥电路相匹配的直流输入电压。例如，当能量存储单元111的直流电压Udc为12V，并且H桥电路直流侧所需的直流电压为5V时，则可使用该直流-直流转换器来完成直流12V到直流5V间的转换。
图4示出图2中的变流器模块的逆变电路的另一优选实施例的电路示意图。参照图4，当逆变电路的H桥电路为三电平H桥时，其第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的第一、第二、第三和第四功率开关所构成，例如，该功率开关为IGBT。则，第一桥臂由串联连接的IGBT S31、S32、S33和S34所构成，第二桥臂由串联连接的IGBT S41、S42、S43和S44所构成。
并且，第一桥臂上的IGBT S32和S33间的节点连接至该桥式电路的输出端子OUT1，第二桥臂上的IGBT S42和S43间的节点连接至该桥式电路的输出端子OUT2，例如，该输出端子OUT1或OUT2可经由耦合电抗器连接至三相交流电网中的一相或者相同变流器模块中与该逆变电路相邻的另一逆变电路。其中，IGBT S31和S32间的节点以及IGBT S33和S34间的节点之间还设有串联连接的箝位半导体开关器件，如二极管D3和D4；类似地，IGBT S41和S42间的节点以及IGBT S43和S44间的节点之间还设有串联连接的箝位半导体开关器件，如二极管D5和D6。优选地，电容C包括串联连接的一第一电容C41和一第二电容C42，并且第一电容C41和第二电容C42间的节点电性连接至箝位二极管D3和D4间的节点以及箝位二极管D5和D6间的节点。因此，电容C41和C42间的节点电压被稳定在该能量存储单元的直流电压Udc的中点电位，如对应于+1/2Udc和-1/2Udc的中点电位，即0V。
类似于图3，通过控制第一桥臂上的IGBT S31、S32、S33和S34的栅极脉冲信号以及第二桥臂上的IGBT S41、S42、S43和S44的栅极脉冲信号，可在H桥电路的输出端子OUT1和OUT2之间输出三种数值的交流电压，即Udc(+Udc或-Udc)、1/2Udc(+1/2Udc或-1/2Udc)、0V。以第一桥臂上的四个IGBT S31～S34为例，当IGBTS31和S32导通，S33和S34关断时，输出端子OUT1的电位为+1/2Udc；当IGBT S32和S33导通，S31和S34关断时，输出端子OUT1的电位为0V；以及当IGBT S33和S34导通，S31和S32关断时，输出端子OUT1的电位为-1/2Udc。容易得知，在对第二桥臂上的四个IGBT S41～S44的栅极脉冲信号进行时序控制后，在输出端子OUT1与OUT2之间的交流电压数值为Udc、1/2Udc、0V。
图5A示出图2中的变流器模块向电网提供无功补偿的等效电路图。而对于图5A的无功补偿等效电路来说，图5B示出当变流器模块的交流输出电压大于电网电压时对应的无功电流的矢量示意图，以及图5C示出当变流器模块的交流输出电压小于电网电压时对应的无功电流的矢量示意图。
参照图5A，若将交流电网看作一个电压源，而将变流器模块看作一个可控电压源，并且将交流电网与变流器模块之间的耦合电抗器等效为一个线性阻抗元件，则等效电路图中的变流器模块输出的交流电压为UI，交流电网电压为US，流经该线性阻抗元件的电流为IL，则根据UI与US之间的关系可知：
1)当UI等于US时，流经线性阻抗元件的电流IL为零，此时的变流器模块既不提供无功功率，也不吸收无功功率；
2)如图5B所示，当UI大于US时，加载于该线性阻抗元件的电压为jxIL(即UI-US)，流经该线性阻抗元件的电流IL相位超前其电压相位约90度，则此时的变流器模块发出感性的无功功率。此外，该电流IL的幅值可通过调节变流器模块所输出的交流电压UI进行连续控制，进而连续调节变流器模块发出的无功功率；
3)如图5C所示，当UI小于US时，加载于该线性阻抗元件的电压为-jxIL(即UI-US)，流经该线性阻抗元件的电流IL相位滞后其电压相位约90度，则此时的变流器模块发出容性的无功功率。此外，该电流IL的幅值可通过调节变流器模块所输出的交流电压UI进行连续控制，进而连续调节变流器模块发出的无功功率。
图6示出依据本发明的另一个方面的用于可再生能源系统的功率补偿方法的流程示意图。在该功率补偿方法中，首先执行步骤S1，提供一能量存储单元，以产生一直流电压信号，较佳地，该能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。然后在步骤S2和S3中，先后提供一电容和一H桥电路，其中电容连接至所述能量存储单元，H桥电路与所述电容并联连接，用于将所述直流电压信号转换成交流电压信号，并且将所述H桥电路、能量存储单元以及电容的组合构成一逆变电路。接着，在步骤S4中，将多个逆变电路串联连接从而形成一变流器模块，并且将所述变流器模块设置于所述电网的任意两相之间，最后执行步骤S5，将多个所述变流器模块采用三角形连接方式，对所述电网进行无功补偿和有功调节。
在一具体实施例，该H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，其中，第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件(如电抗器)电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。
在另一具体实施例，该功率补偿方法还包括步骤：提供一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，将所述能量存储单元提供的所述直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。例如，当能量存储单元的直流电压小于H桥电路所匹配的直流电压时，可配置一升压型的直流-直流转换器，以转换出比能量存储单元的直流电压更高的电压。反之，当能量存储单元的直流电压大于H桥电路所匹配的直流电压时，可配置一降压型的直流-直流转换器，以转换出比能量存储单元的直流电压低的电压。
在又一具体实施例，当变流器模块交流侧输出的交流电压大于电网电压时，该变流器模块输出感性的无功功率；以及当变流器模块交流侧输出的交流电压小于电网电压时，该变流器模块输出容性的无功功率。
采用本发明的功率补偿装置及其方法，将多个变流器模块分别设置于三相交流电网的任意两相之间且采用三角形连接方式，通过变流器模块中的H桥电路将能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号，以便向交流电网提供容性无功功率或感性无功功率的无功补偿，进而在电网电压发生波动时保持电网电压的持续稳定。此外，不同于星形连接，本发明的功率补偿装置中的三角形连接的变流器模块还可补偿系统负载不平衡时的负载电流。此外，通过该能量存储单元还可向电网提供有功功率补偿，进而使该交流电网频率保持稳定，以使得该功率补偿装置具有暂态下的低电压穿越功能。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (18)

1.一种用于可再生能源系统的功率补偿装置，适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，其特征在于，
所述功率补偿装置包括位于所述电网中的任意两相之间的多个变流器模块，所述变流器模块包括串联连接的多个逆变电路，并且每一逆变电路具有：
一能量存储单元，用于提供一直流电压信号；
一电容，连接至所述能量存储单元；以及
一H桥电路，与所述电容并联连接，用于将来自所述能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号，其中，所述H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路，
其中，所述多个变流器模块采用三角形连接方式。
2.如权利要求1所述的功率补偿装置，其特征在于，所述H桥电路为两电平H桥或三电平H桥。
3.如权利要求2所述的功率补偿装置，其特征在于，当所述H桥电路为两电平H桥时，所述第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的两个功率开关所构成。
4.如权利要求3所述的功率补偿装置，其特征在于，所述功率开关还具有一反向续流二极管，并联连接至所述功率开关的一第一电极和一第二电极之间。
5.如权利要求2所述的功率补偿装置，其特征在于，当所述H桥电路为三电平H桥时，所述第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的第一、第二、第三和第四功率开关所构成，其中，第一与第二功率开关间的节点以及第三与第四功率开关间的节点之间还设有串联连接的第一和第二箝位半导体开关器件，并且所述第二和第三功率开关间的节点电性连接至所述电网的任意两相中的一相或者与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。
6.如权利要求5所述的功率补偿装置，其特征在于，所述电容包括串联连接的一第一电容和一第二电容，并且所述第一电容和第二电容间的节点电性连接至所述第一和第二箝位半导体开关器件间的节点。
7.如权利要求1至6中任一项所述的功率补偿装置，其特征在于，所述能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。
8.如权利要求1所述的功率补偿装置，其特征在于，还包括一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，用于将所述能量存储单元提供的直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。
9.如权利要求1所述的功率补偿装置，其特征在于，当所述变流器模块的输出电压大于所述电网电压时，所述变流器模块输出感性的无功功率；以及当所述变流器模块的输出电压小于所述电网电压时，所述变流器模块输出容性的无功功率。
10.如权利要求9所述的功率补偿装置，其特征在于，当所述电网电压下降时，所述功率补偿装置用于提供无功功率从而使所述电网电压保持稳定，以及提供有功功率从而使所述电网频率保持稳定。
11.如权利要求1所述的功率补偿装置，其特征在于，所述可再生能源系统为风力发电系统或太阳能发电系统。
12.一种用于可再生能源系统的功率补偿方法，适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，其特征在于，该方法包括以下步骤：
提供一能量存储单元，以产生一直流电压信号；
提供一电容，并且该电容连接至所述能量存储单元；
提供一H桥电路，与所述电容并联连接，用于将所述直流电压信号转换成交流电压信号，并且将所述H桥电路、能量存储单元以及电容的组合构成一逆变电路；
将多个所述逆变电路串联连接，以形成一变流器模块，并且将所述变流器模块设置于所述电网的任意两相之间；
将多个所述变流器模块采用三角形连接方式，对所述电网进行无功补偿和有功调节。
13.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，所述H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。
14.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，所述能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。
15.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
提供一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，将所述能量存储单元提供的所述直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。
16.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，当所述变流器模块的输出电压大于所述电网电压时，所述变流器模块输出感性的无功功率；以及当所述变流器模块的输出电压小于所述电网电压时，所述变流器模块输出容性的无功功率。
17.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，当所述电网电压下降时，该方法用于提供无功功率补偿以及有功功率调节，从而分别使所述电网电压和电网频率保持稳定。
18.如权利要求12所述的功率补偿方法，其特征在于，所述可再生能源系统为风力发电系统或太阳能发电系统。
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