CN103036237B - 一种能抑制δ型连接内部环流的statcom - Google Patents

一种能抑制δ型连接内部环流的statcom Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM。在本发明中，把多个链接单元串联组成链接串并与电感线圈串联，将三个这样的链接串与电感线圈串联体按△型连接构成STATCOM的主电路，将上述三个电感线圈绕在一个共用的开口铁芯上，使三个绕组之间通过耦合增加激磁磁动势从而大大增加线圈电感量，构成一个共用铁芯的三相电抗器。△型连接的STATCOM在对电网实施不对称补偿时，在其△型连接内会生成零序电流和三的倍数次谐波电流。本发明能有效地抑制在△内循环的零序电流和三的倍数次谐波电流。此外，由于正序和负序电流在这个电感中不产生激磁磁动势，所以，可以大大减小电抗器的体积和重量。

Description

一种能抑制Δ型连接内部环流的STATCOM
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体涉及一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM，它适用于不对称电网的谐波抑制和无功补偿。
背景技术
随着现代工业的高速发展，大功率电力电子装置、电弧炉等非线性负载得到了广泛应用，同时也给电网带来了越来越严重的无功问题和谐波污染，此外，不平衡负荷和非对称性短路故障都会使三相电网不平衡。上述因数都会使电网电压波动、电流波形发生畸变、电能质量下降并威胁电网的安全。而STATCOM(STATicsynchronous COMpensator)能连续动态的向电网注入感性或容性无功功率，实时改善电力系统无功分布，从而能在给定范围内实现电压稳定控制，抑制系统低频振荡和动态过压，抑制谐波并补偿不平衡电压，改善电能质量。
现代STATCOM(STATic synchronous COMpensator)的主电路拓扑多采用链式结构，用IGBT（或IGCT、IEGT）组成H桥整流逆变的链接单元，用多个链接单元组成链接串，将三个链接串分别与三个连接电抗器串联后按三角形（△型）连接或星形（Y型）连接，再接至电网，用以向电网注入无功补偿和谐波抑制电流。
△型连接是STATCOM在工程应用中的一种常用的连接方式，与Y型连接相比，△型连接的最显著的优点在于，便于对STATCOM实施分相调节，用以对电网实施不对称补偿。而Y型连接的STATCOM，由于受三相电流矢量和等于零的条件约束，不便于实施分相不对称补偿。
在采用STATCOM对电网实施不对称补偿时，在STATCOM的△型连接内会生成环流即零序电流和三的倍数次谐波电流，这个电流在△内循环，若不加以有效抑制，会对STATCOM中的功率开关器件的安全构成威胁。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种能抑制△型连 接内部环流（即零序电流和三的倍数次谐波电流）的STATCOM，解决了电网实施分相不对称补偿时存在的上述问题，在STATCOM的△型连接内接入了一个共用铁芯的三相电抗器，用以效地抑制在△内循环的零序电流和三的倍数次谐波电流。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM，包括共用铁心的AB相线圈、BC相线圈和CA相线圈，AB相线圈的同名端通过第三链接串与CA相线圈的非同名端连接，CA相线圈的同名端通过第二链接串与BC相线圈的非同名端连接，BC相线圈的同名端通过第一链接串与AB相线圈的非同名端连接，AB相线圈的同名端通过第一电抗器与A相母线连接，BC相线圈的同名端通过第二电抗器与B相母线连接，CA相线圈的同名端通过第三电抗器与C相母线连接。 
如上所述的第一链接串、第二链接串和第三链接串均由若干个链接单元串联而成，链接单元是直流侧接有电容器的由四个功率开关器件IGBT或IGCT或IEGT组成的H桥电路。
如上所述的第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器均为连接电抗器或者升压变压器的漏抗。
如上所述的铁心为三柱式铁芯，AB相线圈、BC相线圈和CA相线圈依次缠绕在三柱式铁芯的中心柱铁芯上，三个线圈高度之和与中心柱铁芯的高度适配，中心柱铁芯的横截面积等于三柱式铁芯的两个边柱铁芯横截面积之和，三柱式铁芯的上下额铁的横截面积与两个边柱铁芯横截面积相等。
如上所述的两个边柱铁芯上均开设有气隙。
如上所述的中心柱铁芯开设有气隙。
一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM，还包括用于控制第一链接串、第二连接串和第三链接串的信号采集及处理模块、主控模块和驱动模块。
在本发明中，把多个链接单元串联组成链接串并与电感线圈串联，将三个这样的链接串与电感线圈串联体按△型连接构成STATCOM的主电路，将上述三个电感线圈绕在一个共用的开口铁芯上，使三个绕组之间通过耦合增加激磁磁动势从而大大增加线圈电感量，构成一个共用铁芯的三相电抗器。正是这个共用铁芯的三相电抗器，能有效地抑制在△内循环的零序电流和三的倍数次谐波电流。此 外，由于正序和负序电流在这个电感中不产生激磁磁动势，所以，可以大大减小电抗器的体积和重量。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
1、除了能对三相电网实施无功补偿、谐波抑制外，还能方便地实施分相调节、对三相电网实施不对称补偿。
2、在利用STATCOM对三相电网实施不对称补偿时，能有效地抑制在△内循环的零序电流和三的倍数次谐波电流，确保STATCOM中功率开关器件的安全。
3、由于正序电流和负序电流在所述共用铁芯三相电抗器中不产生激磁磁动势，所以，可以大大减小电抗器的体积和重量。
附图说明
图1是本发明的电路原理示意图；
图2是本发明中连接单元电路原理示意图；
图3是由链接单元串联而成的链接串电路原理示意图；
图4是共用电抗器的电磁结构原理示意图；
图中：100-电抗器；101-第一电抗器；102-第二电抗器；103-第三电抗器；200-不平衡非线性负荷；300-相线圈；301-AB相线圈；302-BC相线圈；303-CA相线圈；304-共用铁芯；305-气隙；401-第一链接串；402-第二链接串；403-第三链接串；404-链接单元；405-第一开关器件；406-第二开关器件；407-第三开关器件；408-第四开关器件；409-电容器；500-STATCOM；600-控制装置；601-信号采集及处理模块；602-主控模块；603-驱动模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM，包括共用铁心的AB相线圈301、BC相线圈302和CA相线圈303，AB相线圈301的同名端通过第三链接串403与CA相线圈303的非同名端连接，CA相线圈303的同名端通过第二链接串402与BC相线圈302的非同名端连接，BC相线圈302的同名端通过第一链接串401与AB相线圈301的非同名端连接，AB相线圈301的同名端通过第 一电抗器101与A相母线连接，BC相线圈302的同名端通过第二电抗器102与B相母线连接，CA相线圈303的同名端通过第三电抗器103与C相母线连接。
第一链接串401、第二链接串402和第三链接串403均由若干个链接单元404串联而成，链接单元404是直流侧接有电容器的由四个功率开关器件IGBT或IGCT或IEGT组成的H桥电路。
第一电抗器101、第二电抗器102和第三电抗器103均为连接电抗器或者升压变压器的漏抗。
铁心为三柱式铁芯，AB相线圈301、BC相线圈302和CA相线圈303依次缠绕在三柱式铁芯的中心柱铁芯上，三个线圈高度之和与中心柱铁芯的高度适配，中心柱铁芯的横截面积等于三柱式铁芯的两个边柱铁芯横截面积之和，三柱式铁芯的上下额铁的横截面积与两个边柱铁芯横截面积相等。
两个边柱铁芯上均开设有气隙。或者中心柱铁芯和两个边柱铁芯上均开设有气隙。
一种能抑制△型连接内部环流的STATCOM，还包括用于控制第一链接串401、第二连接串402和第三链接串403的信号采集及处理模块601、主控模块602和驱动模块603。
如图1和图4所示，把AB相线圈301、BC相线圈302、CA相线圈303依次卷绕在共用铁芯304上，铁芯中的磁能主要积蓄在铁芯气隙305中。
把流经三相电抗线圈的电流分别定义为Iab、Ibc、Ica，且都从同名端流入。
在Iab、Ibc、Ica中，分别包含有基波分量和高次谐波分量，其基波分量高次谐波分量又分别包含正序分量、负序分量和零序分量。
若把Iab、Ibc、Ica中的基波正序分量、基波负序分量分别记为Iab12、Ibc12、Ica12，则下式成立：
Iab12+Ibc12+Ica12=0                        （式1）
如图1所示，在AB相线圈301在流过的电流Iab12、在BC相线圈302在流过的电流Ibc12、在CA相线圈303在流过的电流Ica12分别都会在共用铁芯304中产生磁通，但由于上式1成立，所以，基波正序分量、基波负序分量分Iab12、Ibc12、Ica12在共用铁芯中产生的磁通之和为零。
若把Iab、Ibc、Ica中的零序分量记为Iab0、Ibc0、Ica0，则下二式成立：
Iab0=Ibc0=Ica0=I0                    （式2）
Iab0+Ibc0+Ica0=3×I0                 （式3）
在△型连接的三个链接串内循环的基波零序分量电流，通过AB相线圈301、BC相线圈302、CA相线圈303，形成互相叠加增强的激磁磁动势，在共用铁芯304中产生磁通。
若把Iab、Ibc、Ica中的高次谐波分量中的正序、负序分量（三次谐波和三的倍数次谐波除外）电流分别记为Iabh12、Ibch12、Icah12，则下式成立：
Iabh12+Ibch12+Icah12=0               （式4）
由上式4可知，在△型连接的三个链接串内流动的高次谐波的正序、负序分量（三次谐波和三的倍数次谐波除外）电流在共用铁芯304中不产生磁通。
若把Iab、Ibc、Ica中的高次谐波分量中的零序分量分别记为Iabh0、Ibch0、Icah0，则下式成立：
Iabh0+Ibch0+Icah0=3×I0               （式5）
在△型连接的三个链接串内循环的高次谐波零序分量电流，通过AB相线圈301、BC相线圈302、CA相线圈303，形成互相叠加增强的激磁磁动势，在共用铁芯304中产生磁通。同理，在△型连接的三个链接串内循环的三次谐波和三的倍数次谐波分量电流，通过AB相线圈301、BC相线圈302、CA相线圈303，形成互相叠加增强的激磁磁动势，在共用铁芯304中产生磁通。
在△型连接的三个链接串内流动的基波正序、负序电流，高次谐波正序、负序电流在共用铁芯电抗器中都不产生磁通，共用铁芯电抗器的体积、重量可以大大减小。
在△型连接的三个链接串内循环的基波零序分量电流、高次谐波零序分量电流、三次和三的倍数次谐波电流都会通过AB相线圈301、BC相线圈302、CA相线圈303，形成互相叠加增强的激磁磁动势，在共用铁芯304中产生磁通。共用铁芯电抗器能有效地抑制上述在△型连接的三个链接串内的循环电流，保证链接串中各功率开关器件的安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技 术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种能抑制Δ型连接内部环流的STATCOM运行方法，其特征在于：包括共用铁心的AB相线圈(301)、BC相线圈(302)和CA相线圈(303)，AB相线圈(301)的同名端通过第三链接串(403)与CA相线圈(303)的非同名端连接，CA相线圈(303)的同名端通过第二链接串(402)与BC相线圈(302)的非同名端连接，BC相线圈(302)的同名端通过第一链接串(401)与AB相线圈(301)的非同名端连接，AB相线圈(301)的同名端通过第一电抗器(101)与A相母线连接，BC相线圈(302)的同名端通过第二电抗器(102)与B相母线连接，CA相线圈(303)的同名端通过第三电抗器(103)与C相母线连接；
第一链接串(401)、第二链接串(402)和第三链接串(403)均由若干个链接单元(404)串联而成，链接单元(404)是直流侧接有电容器的由四个功率开关器件IGBT或IGCT或IEGT组成的H桥电路；
第一电抗器(101)、第二电抗器(102)和第三电抗器(103)均为连接电抗器；
铁心为三柱式铁芯，AB相线圈(301)、BC相线圈(302)和CA相线圈(303)依次缠绕在三柱式铁芯的中心柱铁芯上，三个线圈高度之和与中心柱铁芯的高度适配，中心柱铁芯的横截面积等于三柱式铁芯的两个边柱铁芯横截面积之和，三柱式铁芯的上下额铁的横截面积与两个边柱铁芯横截面积相等；
两个边柱铁芯上均开设有气隙；
中心柱铁芯开设有气隙，
还包括用于控制第一链接串(401)、第二连接串(402)和第三链接串(403)的信号采集及处理模块(601)、主控模块(602)和驱动模块(603)，
流经AB相线圈(301)、BC相线圈(302)和CA相线圈(303)的电流分别定义为Iab、Ibc、Ica，且都从同名端流入，
Iab、Ibc、Ica中的基波正序分量和基波负序分量记为Iab12、Ibc12、Ica12，则Iab12+Ibc12+Ica12＝0；
Iab、Ibc、Ica中的基波零序分量记为Iab0、Ibc0、Ica0，Iab0＝Ibc0＝Ica0＝I0；
Iab0+Ibc0+Ica0＝3×I0；
Iab、Ibc、Ica中的高次谐波分量中的正序、负序分量电流记为Iabh12、Ibch12、Icah12，高次谐波为除三次谐波和三的倍数次谐波，Iabh12+Ibch12+Icah12＝0；
Iab、Ibc、Ica中的高次谐波分量中的零序分量分别记为Iabh0、Ibch0、Icah0，Iabh0+Ibch0+Icah0＝3×I0。
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Granted publication date: 20150916

Pledgee: Wuhan area branch of Hubei pilot free trade zone of Bank of China Ltd.

Pledgor: Wuhan Qianxing Science and Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980053496