CN203086139U - 基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式svg - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG，其特征在于，所述的链式功率单元拓扑为全控型单相全桥PWM整流电路，通过多个采用全控型单相全桥PWM整流电路的功率单元级联后，形成链式SVG装置，所述的链式功率单元所采用开关器件为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件。该装置采用SVG结构，通过多个采用全控型单相全桥PWM整流电路的功率单元级联后，能够有效抑制电网中高压系统的谐波问题和无功问题，具有响应速度快、等效开关频率高、控制精度高、调节灵活等特点，可大大提高电网的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及链式SVG实现有源滤波的装置。
背景技术
由于电力电子器件的非线性和波形非正弦的特点，由电力电子器件组成的电气传动自动化装置的电源侧（网侧）的电流不仅含有基波，还包含丰富的谐波，会给电网的运行和效率带来不良的影响，同时也会对接在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害。谐波对供电变压、旋转电机的影响主要是产生附加损耗，温升增加，出力下降，影响绝缘寿命。谐波对电缆及并联电容器的影响，当产生谐波放大时，并联电容器，将因过电流及过电压而损坏，严重时将危及整个供电系统的安全运行。交流电压畸变可能引起不可逆变流设备控制角的时间间隔不等，并通过正反馈而放大系统的电压畸变，使变流器工作不稳定，而对逆变器则可能发生换流失败而无法工作，甚至损坏变流设备。谐波对通信产生干扰，使电度计量产生误差，对继电保护自动装置和计算机等也将产生不良影响。
目前，针对谐波问题解决方法主要是在中高压侧加无源滤波器，无源滤波器在滤波时会提供容性无功，对功率因数高（比如交-直-交变频）的谐波源会产生过补。同时对变化负荷不能进行动态补偿。传统实现配合MCR、TCR型SVC或多重化有源滤波器，也实现动态滤除谐波，但其主要缺点如下：
1）SVC设备为半控型变流器件，需要加装FC与之配合才具有从容性到感性连续可调。同时，FC需要滤除SVC自身产生的各次谐波分量，且有安装容量大，占地空间大等缺点。
2）一般而言，SVC加装FC后，SVC的补偿范围一般在0～＋100％，补偿范围小。
3）FC是一种无源的解决方法，其输出补偿电流与电网电压成正比。当电网电压变化较大，其补偿无功的能力大大削弱。
4）FC是靠改为谐波阻抗来滤波的，在系统中会产生串并联谐振，危害供电安全。
5）一般而言，多重化有源滤波器虽具有结构简单等特点，在实际应用中需要增加制造工艺复杂的特种降压变压器。当安装容量变大时，其功率单元的散热在工程应用中不易妥善处理。
目前，在国内外采用链式功率单元拓扑结构的静止无功发生器SVG(Static VarGenerator)技术在中高压侧实现有源滤波还是个空白。因此，针对中高压侧解决动态无功补偿兼有源滤波问题的SVG解决方案，具有很强的可实施性和可操作性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG，该装置采用SVG结构，通过多个采用全控型单相全桥PWM整流电路的功率单元级联后，能够有效抑制电网中高压系统的谐波问题和无功问题，具有响应速度快、等效开关频率高、控制精度高、调节灵活等特点，可大大提高电网的稳定性和可靠性。
为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG，其特征在于，所述的链式功率单元拓扑为全控型单相全桥PWM整流电路，通过多个采用全控型单相全桥PWM整流电路的功率单元级联后，形成链式SVG装置，所述的链式功率单元所采用开关器件为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件。所述的链式SVG可为一台或多台，进行冗余设计。
所述的链式SVG为降压型Δ型链式SVG结构、或降压型Y型链式SVG结构。
所述的链式SVG为直挂式Δ型链式SVG结构、或直挂式Y型链式SVG结构。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1）响应速度快
其主要原因是，可以根据需要对全控型器件（GTO、IGBT、IGCT、IEGT等）的开关状态进行任意控制。而且，器件的开关频率或等效开关频率往往较高，一般每个工频周期的开关次数可以从几次到几十次。因此，基于该装置的系统响应速度比SVC快几倍。
2）单个功率单元开关频率低，装置等效开关频率高
其原因为，链式SVG装置内包含n个独立的PWM整流桥，每个H桥单元的载波信号依次等角度移相。每个H桥单元的移相角度为：θ=π/N。同一正弦调制波同时分别对N个三角载波进行调制，利用PWM技术中的波形生成方式和多重化技术中的波形迭加结构产生相移式PWM波形，从而达到在不提高单组整流器开关频率和保持主电路拓扑结构的前提下获得高的等效开关频率，减少系统输出波形的谐波含量。通过上述分析可知，虽然每台变流器开关频率很低，但整个组合变流器输出等效开关频率很高。如此一来，不但使PWM技术应用于特大功率场合成为可能，而且在提高装置容量的同时，能够有效地减小整流器的输出谐波，从而提高整个装置的信号传输带宽。
3）控制精度高
基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG可采用脉宽调制或脉冲移相等方式进行控制，加上其等效开关频率高，就可以在每个开关周期对系统输出进行调节。此外，系统还可以采用比较复杂的算法和控制方法，使得系统的跟踪精度大大提高。也就是说，基于全控型器件变流装置可以对系统的各次谐波电流、无功等电能质量问题同时进行综合治理。
4）调节更灵活
可只滤波不产生无功，对于高压交—直—交变频，解决了传统FC滤波时必须产生容性无功造成过补的情况。需要补偿无功，可补偿容性也可补偿感性，还能实现动态调节。
5）不受系统电压影响
FC是一种无源的解决方法，其输出无功与电网电压平方成正比。当电网电压变化较大，在电压波峰时FC的基本电流增加，滤波效果降低，电容器会出现基波过电压或谐波过电流过电压的问题。而基于全控型器件变流装置是一种有源的解决方法，其输出补偿电流与电网电压几乎无关。滤波效果不受影响。
6）滤波效果更好
传统滤波器滤波效果不仅受电网电压影响还受到系统阻抗影响，系统阻抗越小滤波效果越差，同时传统滤波器还受电容器电抗器自身参数的影响。而SVG滤波不受系统阻抗影响滤波效果好。
附图说明
图1是全控型变流器件的有源滤波装置的主接线图；
图2是全控型变流器件有源滤波装置的控制原理图；
图3是采用间接电流控制方法（电压法）时的SVG控制框图；
图4是采用直接电流控制方法（电流法）时的SVG控制框图；
图5是降压型Δ型链式SVG结构示意图；
图6是降压型Y型链式SVG结构示意图；
图7是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；
图8是直挂式Y型链式SVG结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。
基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG，所述的链式功率单元拓扑为全控型单相全桥PWM整流电路，将多个链式功率单元串联，形成链式SVG装置，所述的链式功率单元所采用开关器件为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件；将链式SVG装置并联在低压侧母线上，以电压同步信号为基准控制SVG装置功率单元的触发信号，使链式SVG产生与电网中无功电流和谐波电流大小相等方向相反的调制电流，同时达到有源滤波和无功补偿的目的。
所述的链式SVG为降压型Δ型链式SVG结构、或降压型Y型链式SVG结构。
所述的链式SVG为直挂式Δ型链式SVG结构、或直挂式Y型链式SVG结构。
所述的链式SVG可为一台或多台，进行冗余设计。
根据上述结构，本装置的控制过程是：
见图1，通过检测电网低压侧母线电压、低压侧母线电流，然后通过SVG控制柜对电网电流信号进行傅利叶级数展开，得出各次谐波电流值。最后由SVG控制器发出触发信号，使IGBT单元工作形成与电网谐波大小相等方向相反的调制电流来抵消电网中负荷产生的谐波。
根据用户的需要，可在6kV 、10kV 或35kV母线上，增设或不加FC并联抵消装置。
见图2，基于全控型变流器件的有源滤波方法，包括以下步骤：
1）检测电网电流信号，将模拟的电流信号（5A、1A）经过3相2相dq变换，得到电网电流的有功分量、谐波分量（或无功分量），将其转化成数字信号送给控制器；
2）滤波；将电网电流信号经过低通高通滤波器滤掉高、低频，再经过带通滤波器中的带通滤波器进行带通滤波，得到电网电压的同步信号；
3）相位矫正；上述谐波分量信号再分别过各自的移相模块矫正相位；
4）比例放大；矫正相位后的信号再经过比例放大模块 进行增益比例放大；
5）运算处理；经矫正相位、比例放大的的谐波电流信号与基波电流信号求和，得出综合控制量；
6）上述综合控制量经函数变为IGBT触发时刻。控制器以PT信号为同步信号，通过载波移相使每个H桥单元的IGBT触发时刻移相角度为：θ=π/N，经过串联叠加后使得链式SVG最终产生与电网中谐波大小相等方向相反的电流信号与原电网中的谐波电流抵消，达到有源滤波目的。
图3是采用间接电流控制方法（电压法）时的SVG控制框图。图4是采用直接电流控制方法（电流法）时的SVG控制框图。
下面结合附图叙述SVG装置的具体结构类型。
图5降压型Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元A1每相由四只反并联开关器件IGBT3组成，二极管D3整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。
降压型Δ型链式SVG是由单项功率单元A1串联到一定电压等级，三相Δ接后通过变压器T3升至高压并联于电网上。降压型Δ型链式SVG主要由功率单元、控制单元、降压变压器组成。
图6是降压型Y型链式SVG结构示意图； 单项功率单元A2每相由四只反并联开关器件IGBT4组成，二极管D4整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。
降压型Y型链式SVG是由单项功率单元A2串联到一定电压等级，三相Y接后通过变压器T4升至高压并联于电网上。降压型Y型链式SVG主要由功率单元、控制单元、降压变压器组成。
图7是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元A6每相由四只反并联开关器件IGBT8组成，二极管D9整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。
直挂式Δ型链式SVG是由单项功率单元A6直接串联到高电压等级，三相Δ接后直接接入电网。直挂式Δ型链式SVG主要由功率单元、控制单元、接入电抗器组成。
图8是直挂式Y型链式SVG结构示意图；单项功率单元A7每相由四只反并联开关器件IGBT9组成，二极管D10整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。
直挂式Y型链式SVG是由单项功率单元A7直接串联到高电压等级，三相Y接后直接接入电网。直挂式Y型链式SVG主要由功率单元、控制单元、接入电抗器组成。
Claims (1)
1.基于链式功率单元拓扑结构实现有源滤波功能的链式SVG，其特征在于，所述的链式功率单元拓扑为全控型单相全桥PWM整流电路，通过多个采用全控型单相全桥PWM整流电路的功率单元级联后，形成链式SVG装置，所述的链式功率单元所采用开关器件为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件；所述的链式SVG可为一台或多台，进行冗余设计；所述的链式SVG为降压型Δ型链式SVG结构、或降压型Y型链式SVG结构、或直挂式Δ型链式SVG结构、或直挂式Y型链式SVG结构。
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|---|---|---|---|---|
| CN104319769A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-01-28 | 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 | 一种svg有源滤波的控制方法 |
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2012
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