CN108599185A - 一种含三端口高频变压器的星形链式statcom - Google Patents

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程路
王乾同
赵志宏
吕建国
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Abstract

本发明公开一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，包括三端口高频变压器、三相链式变流器、三个LC串联电路和三个电感，其中三相链式变流器三相链节的一端分别通过一个电感与交流电网的ABC三相相连，另一端采用星型方式连接后与三端口高频变压器相连，所述三端口高频变压器的三个端口与对应链节的电感端之间分别连接一个LC串联电路，与对应链节并联。本发明通过三相链节的半桥变换器/全桥变换器输出的高频交流电压分量在LC串联电路中进行能量传递，提高了星型链式STATCOM不平衡无功补偿能力，通过采用三端口高频变压器，缩小了变压器的体积，解决了星形链式STATCOM不平衡无功补偿能力和装置功率密度之间的矛盾。

Description

一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM
技术领域
本发明涉及高压大功率电力电子技术，具体涉及一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM。
背景技术
链式STATCOM在中高压配电网的电能质量治理领域已经广泛使用，它具有模块化、易扩展的特点，可以不经过变压器直接并入中高压电网。传统的链式STATCOM拓扑可以分为星型结构和三角形结构，在同等电压等级下，星型结构可以使用更少的单元，从而大大降低系统的复杂度，但是该结构的不平衡无功补偿能力很弱。
发明专利CN201510196420.6和CN201310101371.4公布了利用零序电压注入的方法以实现少量的相间能量交换，但由于硬件拓扑的制约，软件方法仅可以进行少量的不平衡无功补偿。发明专利CN201220674796.5公布了一种具有不平衡电流补偿功能的星接链式STATCOM装置，它利用工频变压器提供零序电流回路以实现相间的能量交换，从而达到任意不平衡补偿，但该结构的工频变压器体积很大，不利于装置的功率密度提升。综上所述，目前星型链式STATCOM的不平衡无功补偿的软件和硬件具有很大的局限性，不利于实现具有任意不平衡无功补偿的高功率密度装置。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，以解决不平衡无功补偿能力和装置功率密度之间的矛盾。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，包括三端口高频变压器、三相链式变流器、三个LC串联电路和三个电感，其中三相链式变流器三相链节的一端分别通过一个电感与交流电网的ABC三相相连，另一端采用星型方式连接后与三端口高频变压器相连，所述三端口高频变压器的三个端口与对应链节的电感端之间分别连接一个LC串联电路，与对应链节并联。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过三相链节的半桥变换器/全桥变换器输出的高频交流电压分量在LC串联电路中进行能量传递，提高了星型链式STATCOM不平衡无功补偿能力；2)本发明通过采用三端口高频变压器，缩小了变压器的体积，提升了装置的功率密度。
附图说明
图1是本发明含三端口高频变压器的星形链式STATCOM拓扑图。
图2是全桥变换器拓扑图。
图3是半桥变换器拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明方案。
如图1所示，一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，包括三端口高频变压器、三相链式变流器、三个LC串联电路和三个电感，其中三相链式变流器的每一链节包括N个串联的功率子模块，三相链节一端分别通过一个电感与交流电网的ABC三相相连，另一端采用星型方式连接后与三端口高频变压器相连，所述三端口高频变压器的三个端口与对应链节的电感端之间分别连接一个LC串联电路，与对应链节并联。
作为一种具体实施方式，所述功率子模块可以采用半桥变换器或全桥变换器，通过改变桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位使STATCOM装置发出或吸收满足系统要求的无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。如图2-3所示，所述半桥变换器包括两个功率开关管与二极管反向并联的电路拓扑，所述拓扑串联后，再与电容器并联。所述全桥变换器包括四个功率开关管与二极管反向并联的电路拓扑，所述拓扑两两串联后并联，再与电容器并联。
如图2所示，所述半桥变换器包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管、第二二极管和第一电容，其中第一功率开关管与第一二极管反向并联，第二功率开关管与第二二极管反向并联，第一功率开关管的集电极连接第一电容的正极，第一功率开关管的发射极连接半桥模块输入端的正极和第二功率开关管的集电极；第二功率开关管的发射极连接半桥模块输入端的负极和第一电容的负极。
如图3所示，所述全桥变换器包括第三功率开关管、第四功率开关管、第五功率开关管、第六功率开关管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管和第二电容，其中第三功率开关管与第三二极管反向并联，第四功率开关管与第四二极管反向并联，第五功率开关管与第五二极管反向并联，第六功率开关管与第六二极管反向并联，第三功率开关管的集电极连接第五功率开关管的集电极和第二电容的正极，第三功率开关管的发射极连接第四功率开关管的集电极和全桥模块的输入端；第四功率开关管的发射极连接第六功率开关管的发射极和第二电容的负极；第五功率开关管的发射极连接第六功率开关管的集电极和全桥模块的输出端。
作为一种具体实施方式，上述功率开关管为电力场效应管、电力晶体管或绝缘栅双极晶体管的半导体开关管。
接入电力系统的STATCOM装置经常工作在不平衡工况下，影响装置的无功补偿能力。本发明通过三相链节的半桥变换器/全桥变换器输出的高频交流电压分量在LC串联电路中进行能量传递来提高装置不平衡无功补偿能力，高频交流电压分量的频率 即为LC串联电路的谐振频率，从而使高频交流功率分量通过高频变压器在三相链节之间传递，在三相链节之间形成相间功率通路，提高了星型链式STATCOM不平衡无功补偿能力。本发明还通过使用高频变压器，缩小了变压器的体积，提升了装置功率密度，因而解决了星形链式STATCOM不平衡无功补偿能力和装置功率密度之间的矛盾。

Claims (7)

1.一种含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，包括三端口高频变压器、三相链式变流器、三个LC串联电路和三个电感，其中三相链式变流器三相链节的一端分别通过一个电感与交流电网的ABC三相相连，另一端采用星型方式连接后与三端口高频变压器相连，所述三端口高频变压器的三个端口与对应链节的电感端之间分别连接一个LC串联电路，与对应链节并联。
2.根据权利要求1所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述每相链节包含若干个串联的功率模块。
3.根据权利要求2所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述功率模块为半桥模块或全桥模块。
4.根据权利要求3所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述半桥变换器包括两个功率开关管与二极管反向并联的电路拓扑，所述拓扑串联后，再与电容器并联。
5.根据权利要求3所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述全桥变换器包括四个功率开关管与二极管反向并联的电路拓扑，所述拓扑两两串联后并联，再与电容器并联。
6.根据权利要求4或5所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述功率开关管为电力场效应管、电力晶体管或绝缘栅双极晶体管的半导体开关管。
7.根据权利要求3所述的含三端口高频变压器的星形链式STATCOM，其特征在于，所述半桥模块或全桥模块输出的高频交流电压分量的频率为即为LC串联电路的谐振频率。
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