CN203135454U - 级联型静止同步补偿器 - Google Patents

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李一丹
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Abstract

本实用新型涉及一种 级联型静止同步补偿器。近年来，国内外学者针对级联型 STATCOM 的直流电容电压平衡进行了深入研究，但是所有的直流电容电压都需单独测量和控制，需要很多大功率的电压传感器及相应的信号处理电路，造成 STATCOM 系统成本增加、结构复杂以及系统可靠性下降等问题。一种级联型静止同步补偿器，其组成包括：级联型逆变器（ 1 ），所述的级联型逆变器分别连接耦合电感 L （图中件号为 2 ）和驱动器（ 3 ），所述的耦合电感 L 连接交流电网（ 4 ），所述的驱动器连接 STATCOM 控制器（ 5 ），其接收检测的级联型逆变器输出电压、电网电压和电流以及参考值，并输出触发开关控制信号。本实用新型应用于电力系统。

Description

级联型静止同步补偿器
技术领域：
本实用新型涉及一种级联型静止同步补偿器。具体涉及一种能够有效控制级联型逆变器中各逆变单元的直流电容电压。
背景技术：
我国目前的现状是无功补偿容量特别是可调节的无功容量严重不足，快速响应的无功调节设备更少。对于稳态时的电压质量问题已有许多成熟的措施加以解决。但对于动态电能质量问题，依靠传统的无功补偿和常规的滤波装置则不能有效地解决。静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，以下简称STATCOM）是一种并联型无功补偿装置，它完全依赖电力电子学的手段来改变电压源逆变器中的电压和电流波形，以发出和吸收无功功率。STATCOM的重要组成部分是多电平电压源型逆变器。在几种比较成熟的拓扑结构中，级联型多电平逆变器因其模块化结构和无需功率器件串联即可输出足够高的电压而得到日益广泛的应用。
然而，级联型多电平逆变器中各逆变单元的直流侧电容完全独立，如没有采取任何措施，这些直流电容电压不能保持相等，进而导致各功率器件上承受的电压不同，逆变器输出电压的总畸变率(total harmonic distortion，THD)增加，因而逆变单元直流电容电压的平衡控制是STATCOM装置安全可靠运行的关键技术之一。近年来，国内外学者针对级联型STATCOM的直流电容电压平衡问题进行了深入的研究。采用通过外部交换功率的方法来实现电容电压的平衡控制，或者一种基于直流母线能量交换的直流电压平衡控制方法，或者采用控制各个逆变单元的输出电压相角的方法控制直流电压的平衡。
这些电容电压平衡方法都各具特点，但在上述方法中，为了实施直流电容电压的平衡控制，所有的直流电容电压都需单独测量和控制，这需要很多大功率的电压传感器及相应的信号处理电路（例如七电平级联型逆变器有9个直流电容，则需要9只传感器），造成STATCOM系统成本增加、结构复杂以及系统可靠性下降。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种级联型静止同步补偿器。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种级联型静止同步补偿器，其组成包括：级联型逆变器，所述的级联型逆变器分别连接耦合电感L和驱动器，所述的耦合电感L连接交流电网，所述的驱动器连接STATCOM控制器。
所述的级联型静止同步补偿器，所述的级联型逆变器的每相有n=(m-1)/2个串接的H-桥逆变单元，所述的级联型逆变器的三相输出分别与电压传感器PT并接，所述的电压传感器PT连接所述的STATCOM控制器中的CVM。
所述的级联型静止同步补偿器，所述的STATCOM控制器的输出端连接所述的驱动器，所述的驱动器的输出端与所述的级联型逆变器的开关器件相连。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型只需3个传感器测量逆变器的输出电压来采集级联型逆变器每相相电压，即可得到所有H桥单元的直流电容电压，与常规电压测量方法相比，大大减少了电压传感器的数量，具有成本合理、结构简单、系统可靠性高的优势；从工程实现角度考虑，本实用新型的设计对级联型逆变器每相的H桥单元数量没有限制，适用于具有更多电平的级联型STATCOM系统，具有良好的实际应用前景。
2.本实用新型是一种级联型静止同步补偿器的直流电压检测方法，通过在配电网中并接的级联型静止同步补偿器，然后实时检测级联型逆变器的三相相电压，进而实时得到同步补偿器中各个逆变单元的直流电容电压，为直流电容电压的平衡控制提供实时检测值。
附图说明：
附图1为本实用新型的结构框图。
附图2为采用直流电压检测方法的级联型逆变器的单相结构图。
附图3为本实用新型的开关状态、开关函数及H-桥逆变器输出电压对应表。
附图4为本实用新型的直流电压检测工作原理图。
附图5为本实用新型直流电压检测的工作流程图。
附图6为本实用新型的变量R的数值确定规则。
具体实施方式：
实施例1：
一种级联型静止同步补偿器，其组成包括：级联型逆变器1，所述的级联型逆变器分别连接耦合电感L（图中件号为2）和驱动器3，所述的耦合电感L连接交流电网4，所述的驱动器连接STATCOM控制器5，其接收检测的级联型逆变器输出电压、电网电压和电流以及参考值，并输出触发开关控制信号；所述的STATCOM控制器根据所述的级联型逆变器的输出电压和CVM方法得到所需的直流电容电压。
所述的耦合电感L将STATCOM控制器连接到所述的交流电网上，由于所述的级联型逆变器输出电压可通过增加电平级数来提高，因此所述的级联型控制器STATCOM接入高压电网时不需要升压变压器，所述的耦合电容还可起到滤波的作用。
将测得的电压和电流信号送入STATCOM控制器与参考值进行比较，为级联型逆变器的开关器件11输出触发控制信号Sa、Sb和Sc。
实施例2：
实施例1所述的级联型静止同步补偿器，所述的级联型逆变器的每相有n=(m-1)/2个串接的H-桥逆变单元6，所述的级联型逆变器的三相输出分别与电压传感器PT（图中件号为7）并接，所述的电压传感器PT连接所述的STATCOM控制器中的CVM（图中件号为8）实现直流电压检测，进而得到所有的直流电容电压；其中，m为级联型逆变器产生的输出电平等级数，VHj（j=1,2…, n）和Vc分别为H-桥单元和级联型逆变器的输出电压。
实施例3：
根据实施例1或2所述的级联型静止同步补偿器，所述的STATCOM控制器的输出端9连接所述的驱动器，所述的驱动器的输出端10与所述的级联型逆变器的开关器件11相连，控制其导通与关断。
实施例4：
上述的级联型静止同步补偿器，以往一个九电平级联型STATCOM中，共有12个H-桥单元，因而需要12个电压传感器，本实用新型提出了一种实用的直流电容电压检测方法，在此基础上，提出一种能够有效控制级联型逆变器中各逆变单元的直流电容电压的方法，每相只需一个电压传感器测量逆变器输出电压，即可获得该相所有的直流电容电压，所有的H-桥直流电压V'dc1、V'dc2…、V'dcn是由CVM检测器获得的，V'dcj（j=1,2……n）的上标表示：直流电容电压是根据级联型逆变器输出电压通过CVM检测器获得的。
以7电平级联型逆变器（n=3）为例介绍直流电压检测原理。级联型逆变器输出电压Vc为每个H-桥输出电压之和，即：
Vc=VH1+VH2+VH3                 （a）
第j个H-桥（用Hj表示）的输出电压为：
VHj =SWj· Vdcj                   （b）
其中SWj是Hj的开关函数。
附图3给出了开关状态、开关函数及H-桥逆变器输出电压的对应关系。参见附图3，其中SWj是Hj的开关函数， Vdcj为Hj的输出电压。如果只有第j个H-桥单元Hj有输出，而其它单元的输出均为零，则Vc= VHj=SWj· Vdcj, 这种情况定义为CVM检测器工作的条件，此时的逆变器输出电压Vc称为单电平电压，一旦满足该检测条件，第j个H-桥的直流电压，即可由级联型逆变器的输出电压获得：
Vdcj=                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
=|Vc|                 （c）
则多个直流电容电压可由一个逆变器输出相电压获得。
CVM检测器任务是检测各H-桥单元是否满足检测条件，确定级联型逆变器输出电压Vc是否为单电平，然后确认哪个H-桥有输出，进而得到相应的直流电容电压。如果不满足检测条件，CVM检测器则不输出此时的Vc，而保持前一输出值，因为当系统电压出现快速闪变时，电容电压不能瞬变。
本实用新型的电压检测工作原理参见附图4，（a）为用于SPWM的正弦调制波和6个三角载波，（b）、（c）、（d）和（e）中的VH1、VH2、VH3和Vc为3个H-桥单元的输出电压和级联型逆变器的输出电压。假设由于直流电压的平衡控制，每一级电平电压都相同，设为E。本方法定义了一个变量R，R的值由本实用新型的判断方法确定。例如，Vc的第一个黑色单电平电压段对应为VH2，即，Vc =VH2。因此，这段时间内变量R = 2，第2个H-桥的直流电压Vdc2等于Vc。同理，Vc中接下来的两个黑色单电平电压段分别对应为VH1和VH3，所以在这两段时间内R分别为1和3。如果Vc不是单电平电压，则R为零，用空白电压段表示，见图4（f）。
本实用新型的电压检测工作流程参见附图5，首先根据开关状态，确定R的值，然后判断是否满足检测条件。如果R=0，不满足检测条件，CVM的输出保持不变；如果R=j（j =1、2、3），只有第j 个H-桥有输出，逆变器输出电压为单电平，这种情况下，第j 个H-桥的直流电压可由逆变器输出电压Vc获得，则CVM检测器输出|Vc|作为直流电压V'dcj。
附图6表示本实用新型定义了一个变量R，R的至有开关状态决定，给出了判断原则。

Claims (3)

1.一种级联型静止同步补偿器，其组成包括：级联型逆变器，其特征是：所述的级联型逆变器分别连接耦合电感L和驱动器，所述的耦合电感L连接交流电网，所述的驱动器连接STATCOM控制器。
2.根据权利要求1所述的级联型静止同步补偿器，其特征是：所述的级联型逆变器的每相有n=(m-1)/2个串接的H-桥逆变单元，所述的级联型逆变器的三相输出分别与电压传感器PT并接，所述的电压传感器PT连接所述的STATCOM控制器中的CVM。
3.根据权利要求1或2所述的级联型静止同步补偿器，其特征是：所述的STATCOM控制器的输出端连接所述的驱动器，所述的驱动器的输出端与所述的级联型逆变器的开关器件相连。
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