專利名稱：一種靜止同步補(bǔ)償器的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜止同步補(bǔ)償器 STATC0M的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
輸電系統(tǒng)用STATC0M—靜止同步補(bǔ)償器 Gtatic Synchronous Compensator)，是一種新型靜止無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，由并聯(lián)接入系統(tǒng)的電壓源換流器構(gòu)成，其輸出的容性或感性無功電流連續(xù)、可調(diào)且獨(dú)立于與系統(tǒng)連接點(diǎn)的電壓。目前，STATC0M的主電路主要包含三種結(jié)構(gòu)，即多重化結(jié)構(gòu)、多電平結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。多重化結(jié)構(gòu)以三相大功率電壓源換流器為核心，電容器上的直流電壓通過逆變產(chǎn)生相位相差若干度的方波電壓，經(jīng)過多重化變壓器的電磁耦合作用，在輸出端產(chǎn)生三相階梯波電壓，以減小輸出諧波。存在的缺點(diǎn)是(1)三相共用一個(gè)直流電壓支撐，無法進(jìn)行分相控制；( 采用可關(guān)斷器件串并聯(lián)提高電壓和容量，產(chǎn)生均壓和均流問題；C3)多重化變壓器損耗大、占地面積大。多電平結(jié)構(gòu)是采用箝位二極管或箝位電容構(gòu)成的多電平結(jié)構(gòu)，可以在減少串聯(lián)的同時(shí)增大容量，并優(yōu)化諧波特性。包括二極管箝位多電平結(jié)構(gòu)、飛跨電容多電平結(jié)構(gòu)、基本全橋級(jí)聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)等。這種結(jié)構(gòu)也有一定的缺點(diǎn)(1)難以實(shí)現(xiàn)電容電壓平衡控制；(2) 開關(guān)頻率增高，開關(guān)損耗增加，效率降低；(3)需要多個(gè)獨(dú)立的直流電源。鏈?zhǔn)絊TATC0M的主電路是一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主電路的核心部分是鏈?zhǔn)?H橋串聯(lián))結(jié)構(gòu)的電壓源換流器，每一相都是一個(gè)獨(dú)立的鏈，由N個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的基本單元串聯(lián)而成，每個(gè)基本單元是一個(gè)可輸出三電平的單相橋式電壓源換流器，N個(gè)基本單元串聯(lián)可得到2N+1級(jí)的階梯電壓波形。隨著H橋數(shù)量的增加，輸出電壓的畸變率也明顯改善；且隨著H橋數(shù)量的增加，裝置的容量也相應(yīng)的增加。鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置三相換流鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)相同結(jié)構(gòu)的鏈節(jié)單元串聯(lián)而成，為了提高 STATC0M裝置的可靠性，減少裝置頻繁投切，根據(jù)國網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDWM1-2008規(guī)定， 鏈?zhǔn)絊TATC0M應(yīng)至少設(shè)置一個(gè)冗余鏈節(jié)。在少于等于冗余個(gè)數(shù)鏈節(jié)故障時(shí)，故障鏈節(jié)應(yīng)被自動(dòng)旁路，裝置在故障鏈節(jié)旁路后繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)超過冗余個(gè)數(shù)鏈節(jié)故障時(shí)，裝置應(yīng)退出運(yùn)行。因此，每個(gè)鏈節(jié)單元都要設(shè)計(jì)簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠的旁路電路，為整個(gè)鏈節(jié)單元提供保護(hù)， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)冗余功能。旁路電路用于實(shí)現(xiàn)對整個(gè)鏈節(jié)的保護(hù)，基本方式是反并聯(lián)晶閘管結(jié)構(gòu)。當(dāng)裝置補(bǔ)償無功輸出時(shí)，鏈節(jié)單元H橋開關(guān)過程中產(chǎn)生的高頻率、高dv/dt的脈沖電壓極易導(dǎo)致晶閘管的誤導(dǎo)通，采用通常的RC吸收電路也無法解決問題。旁路電路也可以采用二極管整流接單晶閘管旁路的方式。晶閘管配有阻容緩沖吸收回路，防止過大的dv/dt及過高的反向恢復(fù)電壓對器件的損壞。旁路電路直流側(cè)與電壓源換流器直流側(cè)通過IOkQ級(jí)的隔離電阻連接，固定電位、抑制局放的同時(shí)防止對晶閘管的干擾。鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置輸出電壓高、電流大，根據(jù)目前晶閘管的制造水平，很難找到滿足電氣參數(shù)要求的方形封裝的晶閘管模塊；若選取圓餅狀封裝的晶閘管模塊，需要額外增加散熱、安裝固定件等輔助設(shè)備，造成體積龐大，不便于安裝，也不利于模塊的緊湊化設(shè)計(jì)； 而且晶間管是不可控器件，一旦導(dǎo)通不能控制其關(guān)斷，在過零點(diǎn)自然關(guān)斷，不能維持導(dǎo)通狀態(tài)。旁路電路還可以采用兩只反向串聯(lián)的IGBT器件組成的旁路結(jié)構(gòu)。當(dāng)鏈節(jié)單元內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，封鎖H橋電路，同時(shí)開通旁路IGBT，在此過程中會(huì)出現(xiàn)沖擊電流和電壓， IGBT器件承受沖擊的能力比較弱，很容易因承受沖擊電流和電壓而損壞，且控制電源也不容易獲取。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的靜止同步補(bǔ)償器的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，該旁路結(jié)構(gòu)采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種靜止同步補(bǔ)償器的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，所述靜止同步補(bǔ)償器STATC0M采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其包括換流鏈，每相換流鏈均由結(jié)構(gòu)相同的各鏈節(jié)單元串聯(lián)而成，所述每個(gè)鏈節(jié)單元包括直流電容、H橋電路、放電電路、旁路電路、取能電源、驅(qū)動(dòng)電路和單元控制器，其改進(jìn)之處在于所述旁路電路包括機(jī)械開關(guān)。其中，所述機(jī)械開關(guān)采用直動(dòng)式垂直布置，其包括進(jìn)線端、出線端、真空開關(guān)管、絕緣支撐、絕緣拉桿、磁力操作機(jī)構(gòu)和控制回路，所述進(jìn)線端和出線端分別與絕緣支撐相連， 所述進(jìn)線端和出線端之間設(shè)有一內(nèi)部帶有觸頭的真空開關(guān)管，所述出線端與絕緣支撐之間設(shè)有一絕緣拉桿，所述絕緣支撐的下端設(shè)有磁力操作機(jī)構(gòu)和控制回路。其中，所述磁力操作機(jī)構(gòu)包括永磁體、動(dòng)鐵心和合閘線圈。其中，所述H橋電路、直流電容、放電電路及取能電源相互并聯(lián)，所述H橋電路包括兩個(gè)相互并聯(lián)的橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)單元的交流輸出端，所述交流輸出端之間并聯(lián)有一旁路電路，所述取能電源將所得到的控制電源提供給單元控制器和驅(qū)動(dòng)電路， 所述單元控制器分別對H橋電路、直流電容、放電電路、旁路電路和取能電源進(jìn)行控制，所述驅(qū)動(dòng)電路對H橋電路中的IGBT器件和放電電路中的IGBT器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。其中，所述H橋電路包括兩個(gè)相并聯(lián)的橋臂，每個(gè)橋臂由上、下兩個(gè)電力電子元件串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電力電子元件由大功率IGBT器件及二極管按反電流流向并聯(lián)而成，所述兩個(gè)橋臂的上端與直流電容C的正極相連，兩個(gè)橋臂下端與直流電容C的負(fù)極相連，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)的交流輸出端，所述交流輸出端之間并聯(lián)一旁路電路后再與相鄰鏈節(jié)單元的交流端首尾連接；所述放電電路包括IGBT器件Qd、放電電阻Rd、二極管以及兩個(gè)電阻 Rl和R2，所述IGBT器件與放電電阻相串聯(lián)后與兩個(gè)相互串聯(lián)的電阻進(jìn)行并聯(lián)，所述二極管并聯(lián)在放電電阻的兩端。其中，所述單元控制器采用單片機(jī)。靜止同步補(bǔ)償器STATC0M主電路采用H橋級(jí)聯(lián)的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并由機(jī)械開關(guān)構(gòu)成鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其中鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置包含換流鏈、連接電抗器、控制器、避雷器、電流傳感元件和冷卻系統(tǒng)，其中，鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置中的換流鏈?zhǔn)怯啥鄠€(gè)相同結(jié)構(gòu)的鏈節(jié)單元串聯(lián)而成；[0019]所述鏈節(jié)單元，由可關(guān)斷器件實(shí)現(xiàn)換相，直流側(cè)儲(chǔ)能元件為采用電壓源換流器；所述連接電抗器的作用是濾出換流鏈產(chǎn)生的高次諧波電流，實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)絊TATC0M與系統(tǒng)之間的能量交換；所述主控制器用來控制鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置的運(yùn)行和操作；所述避雷器與換流鏈兩端并聯(lián)使用，用于實(shí)現(xiàn)換流鏈的過電壓保護(hù)；所述電流傳感元件串聯(lián)于換流鏈，用于電流檢測；所述冷卻系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)換流鏈的冷卻。本實(shí)用新型的有益效果是避免裝置頻繁退出；旁路電路結(jié)構(gòu)簡單，安裝操作方便；開關(guān)無滅弧裝置，體積?。婚_關(guān)合閘速度快，減少對系統(tǒng)影響；電路元件少，便于裝置實(shí)現(xiàn)緊湊化。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。

圖1是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)STATC0M和輸出波形圖。圖2是三相換流鏈和單個(gè)鏈節(jié)示意圖。圖3是反并聯(lián)晶閘管旁路電路圖。圖4是整流橋接晶閘管旁路電路圖。圖5是反向串聯(lián)IGBT旁路電路圖。圖6是機(jī)械開關(guān)旁路電路圖。圖7是鏈節(jié)單元內(nèi)部主電路圖。圖8是機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是旁路結(jié)構(gòu)控制流程圖。
具體實(shí)施方式
鏈?zhǔn)絊TATC0M的結(jié)構(gòu)和輸出波形如圖1所示，它是由H橋串聯(lián)組成的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的 STATC0M裝置，該裝置除了具有多電平變流器的一般特點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)(1)無需鉗位二極管或鉗位電容，對于相同電平數(shù)，所需器件最少，易于封裝；(2)容易實(shí)現(xiàn)非常高的交流輸出電壓，從根本上省去了多重化變壓器，在大型 FACTS設(shè)備中具有較好的應(yīng)用前景；(3)基于低壓小容量換流器級(jí)聯(lián)的組成方式，技術(shù)成熟，避免了器件的串聯(lián)，易于模塊化，易于實(shí)現(xiàn)緊湊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。換流鏈的輸出電壓是N個(gè)H橋的輸出電壓的和Vs = vkl+vk2+-+vkN式中N為每一相的級(jí)聯(lián)H橋的數(shù)量。鏈?zhǔn)絊TATC0M并聯(lián)接于電力系統(tǒng)中，通過對系統(tǒng)電壓和電流量的采集和檢測，計(jì)算出目標(biāo)補(bǔ)償量，然后通過控制換流鏈輸出電壓的幅值和相角來輸出相應(yīng)的無功。[0049]三相換流鏈和單個(gè)鏈節(jié)示意圖如圖2所示，換流鏈由三相角接的級(jí)聯(lián)H橋電壓源換流器組成，裝置通過連接電抗器并聯(lián)接入系統(tǒng)中，通過控制裝置輸出電壓的幅值和相角來實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)絊TATC0M與系統(tǒng)之間有功功率和無功功率的交換。為了提高鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置的可靠性，減小鏈節(jié)單元故障對系統(tǒng)的影響，每個(gè)鏈節(jié)單元都要設(shè)置簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)的旁路電路，為整個(gè)鏈節(jié)單元提供保護(hù)。旁路電路要求操作具有快速性，通流能力要求較高，一般要選擇基于電力電子器件的旁路手段。最簡單的方式為反并聯(lián)晶閘管結(jié)構(gòu)，如圖3所示，此結(jié)構(gòu)中晶閘管容易誤通及損壞；也可以采用兩只IGBT反向串聯(lián)的方式，如圖5所示，此方式中要選擇高壓、大容量的IGBT器件，成本較高；還可以采用經(jīng)二極管整流接晶閘管方式，如圖4所示，晶閘管配有阻容緩沖吸收回路，防止過大的dv/dt及過高的反向恢復(fù)電壓對器件的損壞。旁路電路直流側(cè)與電壓源換流器直流側(cè)通過IOkQ級(jí)的隔離電阻連接，固定電位、抑制局放的同時(shí)防止對晶閘管的干擾。鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置輸出電壓高、電流大，根據(jù)目前晶閘管的制造水平， 很難找到滿足電氣參數(shù)要求的方形封裝的晶閘管模塊；若選取圓餅狀封裝的晶閘管模塊， 需要額外增加散熱、安裝固定件等輔助設(shè)備，造成體積龐大，不便于安裝，也不利于模塊的緊湊化設(shè)計(jì)；而且晶間管是不可控器件，一旦導(dǎo)通不能控制其關(guān)斷，在過零點(diǎn)自然關(guān)斷，不能維持導(dǎo)通狀態(tài)。綜上所述，本實(shí)用新型中采用由機(jī)械開關(guān)構(gòu)成的旁路電路，如圖6所示，與以上幾種旁路方式相比，該電路結(jié)構(gòu)簡單，選用元件少，成本較低。目前，可選用的機(jī)械開關(guān)主要有隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、斷路器等。隔離開關(guān)主要用來隔離電源，形成明顯斷開點(diǎn)，保證檢修安全，沒有專門的滅弧裝置，只能通斷很小的電流，一般手動(dòng)操作；負(fù)荷開關(guān)是一種功能介于隔離開關(guān)和斷路器之間的電器，具有簡單的滅弧裝置，能通斷一定的負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，但體積較大；斷路器具有專門的滅弧裝置，能通斷負(fù)載電流和短路電流，具有電磁操作機(jī)構(gòu)，能夠自動(dòng)控制分合閘，但動(dòng)作時(shí)間較長，體積也較大，不利于鏈節(jié)單元的緊湊化設(shè)計(jì)。 因此，需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、體積小、單相操作的機(jī)械開關(guān)作為鏈節(jié)單元的旁路電路。機(jī)械開關(guān)設(shè)計(jì)為交流、戶內(nèi)、單相操作的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，主要由進(jìn)線端(采用導(dǎo)電體)1、出線端(采用導(dǎo)電體)2、真空開關(guān)管3、絕緣支撐4、絕緣拉桿5、磁力操作機(jī)構(gòu)6以及控制回路7等組成。進(jìn)、出線端1、2和真空開關(guān)管3構(gòu)成開關(guān)的主回路部分，磁力操作機(jī)構(gòu)6和控制回路7作為該機(jī)械開關(guān)的控制回路及輔助回路，控制線圈的充放電，從而控制機(jī)械開關(guān)的分合間操作。根據(jù)裝置的控制策略，機(jī)械開關(guān)是在裝置閉鎖無輸出電流的條件下進(jìn)行分合閘操作的，因此，機(jī)械開關(guān)不需要滅弧能力，真空開關(guān)管可以不需要專門的滅弧室，大大減小了機(jī)械開關(guān)的體積，便于鏈?zhǔn)絊TATC0M裝置實(shí)現(xiàn)緊湊化。機(jī)械開關(guān)采用直動(dòng)式垂直布置，可以最大限度的減少機(jī)械傳遞環(huán)節(jié)以提高開關(guān)的合閘速度。在鏈節(jié)單元發(fā)生故障時(shí)，機(jī)械開關(guān)能夠快速閉合，減少裝置因鏈節(jié)故障而閉鎖時(shí)間，從而降低對系統(tǒng)的影響。機(jī)械開關(guān)為自動(dòng)分合閘，并且配置有手動(dòng)分閘操作，采用磁力操作機(jī)構(gòu)，電磁操動(dòng)，永磁保持，無機(jī)械保持及脫扣裝置，具體操作方法為控制電源先通過電源模塊給電容器充電，使其儲(chǔ)存足夠的能量；當(dāng)需要進(jìn)行機(jī)械開關(guān)操作時(shí)，主控制器向每個(gè)鏈節(jié)單元的單元控制器發(fā)出合間信號(hào)，單元控制器再向該鏈節(jié)單元中旁路電路的控制回路發(fā)出合閘信號(hào)，控制回路的開關(guān)合間接點(diǎn)閉合，合間回路導(dǎo)通，電容器就向磁力操作機(jī)構(gòu)的電磁線圈放電，線圈帶電后驅(qū)動(dòng)真空管進(jìn)行合閘操作；磁力操作機(jī)構(gòu)由永磁體8、動(dòng)鐵心9和合閘線圈10構(gòu)成，正常工作時(shí)磁力操作機(jī)構(gòu)的工作位置為分閘位置。合閘時(shí)，合閘線圈通過電流，產(chǎn)生的磁場增加了下面磁路的磁場強(qiáng)度，通過下面氣隙的磁力線增多，對動(dòng)鐵心下端產(chǎn)生的吸力增加，通過主軸、拉桿作用在真空開關(guān)管觸頭上，使真空開關(guān)管觸頭由分閘位置變?yōu)楹祥l位置。當(dāng)動(dòng)鐵心到達(dá)最終位置時(shí)， 通過控制回路使得合間線圈不再有電流通過?？刂苹芈凡捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。由機(jī)械開關(guān)構(gòu)成的旁路電路鏈節(jié)內(nèi)部主電路如圖7所示，主要包括直流電容、H橋電路、放電電路、旁路電路、取能電源、驅(qū)動(dòng)電路以及單元控制器。H橋電路、直流電容、放電電路及取能電源相互并聯(lián)，H橋電路包括兩個(gè)相互并聯(lián)的橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)單元的交流輸出端，交流輸出端之間并聯(lián)有一旁路電路，取能電源將所得到的控制電源提供給單元控制器和驅(qū)動(dòng)電路，單元控制器分別對H橋電路、直流電容、放電電路、旁路電路和取能電源進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電路對H橋電路中的IGBT器件和放電電路中的IGBT器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所述H橋電路包括兩個(gè)相并聯(lián)的橋臂，每個(gè)橋臂由上、下兩個(gè)電力電子元件串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電力電子元件由大功率IGBT器件及二極管按反電流流向并聯(lián)而成，兩個(gè)橋臂的上端與直流電容C的正極相連，兩個(gè)橋臂下端與直流電容C的負(fù)極相連，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)的交流輸出端，交流輸出端之間并聯(lián)一旁路電路后再與相鄰鏈節(jié)單元的交流端首尾連接，圖中U為相鄰鏈節(jié)單元左橋臂的輸出端，V為相鄰鏈節(jié)單元右橋臂的輸出端；放電電路包括IGBT器件Qd、放電電阻Rd、二極管以及兩個(gè)電阻Rl和R2，IGBT器件與放電電阻相串聯(lián)后與兩個(gè)相互串聯(lián)的電阻進(jìn)行并聯(lián)，二極管并聯(lián)在放電電阻的兩端。所述單元控制器采用單片機(jī)。直流電容起到電壓支撐作用，并作為取能電源的輸入電源。H橋電路是鏈節(jié)單元的核心電路，根據(jù)控制器指令輸出補(bǔ)償電壓。放電電路主要用于為直流母線電容提供過壓保護(hù)，緊急和正常退出時(shí)直流電容放電；電路主要由放電IGBT(Qd)與放電電阻Rd串聯(lián)構(gòu)成，當(dāng)直流母線電壓超過整定的閾值之后，放電IGBT導(dǎo)通，通過放電電阻給直流母線電容放電；該鏈節(jié)內(nèi)還安裝有箝位電阻Rl和 R2，可在放電電路退出工作時(shí)作為輔助放電電阻實(shí)現(xiàn)對直流電容的充分放電。單元控制器負(fù)責(zé)接受并執(zhí)行主控制器下發(fā)的命令，把功率模塊內(nèi)部的狀態(tài)上傳給主控制器，對功率模塊進(jìn)行控制、監(jiān)測和保護(hù)。驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)觸發(fā)IGBT器件，電路處于較高的變化電場環(huán)境下，對信號(hào)的抗干擾能力有較高要求。信號(hào)通過光纖與接口板連接，光纖連接方式可以保證接口板和驅(qū)動(dòng)電路之間的電氣隔離，可以解決信號(hào)傳導(dǎo)過程中的干擾問題。旁路電路為整個(gè)鏈節(jié)提供保護(hù)，當(dāng)鏈節(jié)單元正常運(yùn)行時(shí)，H橋電路投入工作，旁路電路退出運(yùn)行；當(dāng)鏈節(jié)單元內(nèi)部發(fā)生特定故障時(shí)，信號(hào)上報(bào)給主控制器，主控制器經(jīng)過判斷發(fā)出命令，封鎖H橋電路，同時(shí)旁路電路開通，輸出電流轉(zhuǎn)移至旁路部分，實(shí)現(xiàn)故障鏈節(jié)退出功能。鏈節(jié)單元在正常工作時(shí)，旁路電路退出運(yùn)行，機(jī)械開關(guān)處于備用狀態(tài)；當(dāng)鏈節(jié)單元內(nèi)部發(fā)生特定故障，且通過旁路冗余方式可以僅退出故障鏈節(jié)，裝置仍然可以正常工作的情況下才考慮旁路故障鏈節(jié)，切換到旁路電路。切換的條件包括直流電壓過高、直流欠壓、 放電電阻過熱、放電IGBT開通故障、放電IGBT關(guān)斷故障、H橋IGBT溫度過高、2路直流取能電源故障、放電IGBT開通次數(shù)超限等。其旁路結(jié)構(gòu)控制流程如圖9所示。具體控制方式為1)單元控制器檢測到裝置鏈節(jié)單元內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，封鎖故障鏈節(jié)H橋單元所有 IGBT觸發(fā)脈沖，并將鏈節(jié)單位故障類型上報(bào)給主控制器；2)主控制器接收到上報(bào)的故障信號(hào)以后，下發(fā)控制命令，封鎖三相所有鏈節(jié)單元 IGBT觸發(fā)脈沖；3)主控制器進(jìn)行判斷，看各相旁路鏈節(jié)數(shù)是否小于冗余鏈節(jié)數(shù)；4)如果不滿足要求，分主斷路器，鏈節(jié)單元進(jìn)行放電，裝置退出運(yùn)行；5)如果滿足要求，閉合故障鏈節(jié)機(jī)械開關(guān)，開通旁路電路，讀取機(jī)械開關(guān)位置信號(hào)，并啟動(dòng)錄波；6)旁路成功后，調(diào)整控制指令，解鎖三相所有鏈節(jié)觸發(fā)脈沖，重新下發(fā)PWM信號(hào)， 啟動(dòng)換流鏈，裝置重新投入運(yùn)行，完成旁路切換操作。由于機(jī)械開關(guān)帶有永磁保持，一旦旁路成功，即使控制電源掉電，機(jī)械開關(guān)也不會(huì)出現(xiàn)斷開的情況。在某些情況下，雖然是鏈節(jié)單元故障，但整套STATC0M裝置要退出運(yùn)行，這些故障包括1)3路直流取能電源全部故障；2) H橋IGBT短路故障；3) H橋IGBT驅(qū)動(dòng)電源欠壓故障；4)鏈節(jié)通訊故障力)旁路失??；6)旁路狀態(tài)下直流電壓有上升趨勢；7)單元控制器重啟次數(shù)超限。主要考慮到這幾種故障有可能造成IGBT損壞，或者鏈節(jié)單元已經(jīng)完全失去監(jiān)控， 或者無法進(jìn)入旁路狀態(tài)，因而有必要在查明原因的情況下STATC0M裝置再投入使用。
權(quán)利要求1.一種靜止同步補(bǔ)償器的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，所述靜止同步補(bǔ)償器STATC0M采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其包括換流鏈，每相換流鏈均由結(jié)構(gòu)相同的各鏈節(jié)單元串聯(lián)而成，所述每個(gè)鏈節(jié)單元包括直流電容、H橋電路、放電電路、旁路電路、取能電源、驅(qū)動(dòng)電路和單元控制器，其特征在于所述旁路電路包括機(jī)械開關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述機(jī)械開關(guān)采用直動(dòng)式垂直布置，其包括進(jìn)線端(1)、出線端O)、真空開關(guān)管(3)、絕緣支撐0)、絕緣拉桿(5)、磁力操作機(jī)構(gòu)(6)和控制回路(7)，所述進(jìn)線端(1)和出線端(2)分別與絕緣支撐(4)相連，所述進(jìn)線端和出線端之間設(shè)有一內(nèi)部帶有觸頭的真空開關(guān)管(3)，所述出線端與絕緣支撐之間設(shè)有一絕緣拉桿(5)，所述絕緣支撐的下端設(shè)有磁力操作機(jī)構(gòu)(6)和控制回路(7)。
3.如權(quán)利要求2所述的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述磁力操作機(jī)構(gòu)(6)包括永磁體(8)、動(dòng)鐵心(9)和合閘線圈(10)。
4.如權(quán)利要求1所述的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述H橋電路、直流電容、放電電路及取能電源相互并聯(lián)，所述H橋電路包括兩個(gè)相互并聯(lián)的橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)單元的交流輸出端，所述交流輸出端之間并聯(lián)有一旁路電路，所述取能電源將所得到的控制電源提供給單元控制器和驅(qū)動(dòng)電路，所述單元控制器分別對H橋電路、直流電容、放電電路、旁路電路和取能電源進(jìn)行控制，所述驅(qū)動(dòng)電路對H橋電路中的IGBT器件和放電電路中的IGBT器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述H橋電路包括兩個(gè)相并聯(lián)的橋臂，每個(gè)橋臂由上、下兩個(gè)電力電子元件串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)電力電子元件由大功率IGBT 器件及二極管按反電流流向并聯(lián)而成，所述兩個(gè)橋臂的上端與直流電容C的正極相連，兩個(gè)橋臂下端與直流電容C的負(fù)極相連，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為本鏈節(jié)的交流輸出端，所述交流輸出端之間并聯(lián)一旁路電路后再與相鄰鏈節(jié)單元的交流端首尾連接；所述放電電路包括 IGBT器件Qd、放電電阻Rd、二極管以及兩個(gè)電阻Rl和R2，所述IGBT器件與放電電阻相串聯(lián)后與兩個(gè)相互串聯(lián)的電阻進(jìn)行并聯(lián)，所述二極管并聯(lián)在放電電阻的兩端。
6.如權(quán)利要求4所述的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，其特征在于所述單元控制器采用單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種靜止同步補(bǔ)償器的鏈節(jié)單元旁路結(jié)構(gòu)，靜止同步補(bǔ)償器STATCOM采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其包括換流鏈，每相換流鏈均由結(jié)構(gòu)相同的各鏈節(jié)單元串聯(lián)而成，每個(gè)鏈節(jié)單元包括直流電容、H橋電路、放電電路、旁路電路、取能電源、驅(qū)動(dòng)電路和單元控制器，其中旁路電路包括機(jī)械開關(guān)，選用特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械開關(guān)代替電力電子器件作為鏈節(jié)單元的旁路電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單，選用元件數(shù)量少，安裝操作方便，為整個(gè)鏈節(jié)單元提供了可靠的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了鏈節(jié)的冗余功能，避免鏈?zhǔn)絊TATCOM裝置因鏈節(jié)故障而頻繁退出；解決了大容量開關(guān)器件的選型困難以及開關(guān)器件的控制電源不容易獲得等問題。
文檔編號(hào)H02M1/32GK201956689SQ20102070049
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者葉衛(wèi)華, 楊武帝, 滕樂天, 熊超英, 王柯, 王軒, 蔣曉春, 袁蒙, 趙瑞斌, 鄧占鋒, 韓天緒 申請人:上海市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司