專利名稱：級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器技術(shù)領(lǐng)域:本實(shí)用新型涉及一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器。具體涉及一種能夠有效控制級聯(lián)型逆變器中各逆變單元的直流電容電壓。
背景技術(shù)：
:我國目前的現(xiàn)狀是無功補(bǔ)償容量特別是可調(diào)節(jié)的無功容量嚴(yán)重不足，快速響應(yīng)的無功調(diào)節(jié)設(shè)備更少。對于穩(wěn)態(tài)時的電壓質(zhì)量問題已有許多成熟的措施加以解決。但對于動態(tài)電能質(zhì)量問題，依靠傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償和常規(guī)的濾波裝置則不能有效地解決。靜止同步補(bǔ)償器(Static Synchronous Compensator,以下簡稱STATCOM)是一種并聯(lián)型無功補(bǔ)償裝置，它完全依賴電力電子學(xué)的手段來改變電壓源逆變器中的電壓和電流波形，以發(fā)出和吸收無功功率。STATCOM的重要組成部分是多電平電壓源型逆變器。在幾種比較成熟的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，級聯(lián)型多電平逆變器因其模塊化結(jié)構(gòu)和無需功率器件串聯(lián)即可輸出足夠高的電壓而得到日益廣泛的應(yīng)用。然而，級聯(lián)型多電平逆變器中各逆變單元的直流側(cè)電容完全獨(dú)立，如沒有采取任何措施，這些直流電容電壓不能保持相等，進(jìn)而導(dǎo)致各功率器件上承受的電壓不同，逆變器輸出電壓的總畸變 率(total harmonic distortion, THD)增加，因而逆變單元直流電容電壓的平衡控制是STATCOM裝置安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對級聯(lián)型STATCOM的直流電容電壓平衡問題進(jìn)行了深入的研究。采用通過外部交換功率的方法來實(shí)現(xiàn)電容電壓的平衡控制，或者一種基于直流母線能量交換的直流電壓平衡控制方法，或者采用控制各個逆變單元的輸出電壓相角的方法控制直流電壓的平衡。這些電容電壓平衡方法都各具特點(diǎn)，但在上述方法中，為了實(shí)施直流電容電壓的平衡控制，所有的直流電容電壓都需單獨(dú)測量和控制，這需要很多大功率的電壓傳感器及相應(yīng)的信號處理電路(例如七電平級聯(lián)型逆變器有9個直流電容，則需要9只傳感器)，造成STATCOM系統(tǒng)成本增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及系統(tǒng)可靠性下降。發(fā)明內(nèi)容:本實(shí)用新型的目的是提供一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其組成包括:級聯(lián)型逆變器，所述的級聯(lián)型逆變器分別連接耦合電感L和驅(qū)動器，所述的耦合電感L連接交流電網(wǎng)，所述的驅(qū)動器連接STATCOM控制器。所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，所述的級聯(lián)型逆變器的每相有n=(m-l)/2個串接的H-橋逆變單元，所述的級聯(lián)型逆變器的三相輸出分別與電壓傳感器PT并接，所述的電壓傳感器PT連接所述的STATCOM控制器中的CVM。所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，所述的STATCOM控制器的輸出端連接所述的驅(qū)動器，所述的驅(qū)動器的輸出端與所述的級聯(lián)型逆變器的開關(guān)器件相連。本實(shí)用新型的有益效果:1.本實(shí)用新型只需3個傳感器測量逆變器的輸出電壓來采集級聯(lián)型逆變器每相相電壓，即可得到所有H橋單元的直流電容電壓，與常規(guī)電壓測量方法相比，大大減少了電壓傳感器的數(shù)量，具有成本合理、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)可靠性高的優(yōu)勢；從工程實(shí)現(xiàn)角度考慮，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)對級聯(lián)型逆變器每相的H橋單元數(shù)量沒有限制，適用于具有更多電平的級聯(lián)型STATCOM系統(tǒng)，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。2.本實(shí)用新型是一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器的直流電壓檢測方法，通過在配電網(wǎng)中并接的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，然后實(shí)時檢測級聯(lián)型逆變器的三相相電壓，進(jìn)而實(shí)時得到同步補(bǔ)償器中各個逆變單元的直流電容電壓，為直流電容電壓的平衡控制提供實(shí)時檢測值。


:附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。附圖2為采用直流電壓檢測方法的級聯(lián)型逆變器的單相結(jié)構(gòu)圖。附圖3為本實(shí)用新型的開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)函數(shù)及H-橋逆變器輸出電壓對應(yīng)表。附圖4為本實(shí)用新型的直流電壓檢測工作原理圖。附圖5為本實(shí)用新型直流電壓檢測的工作流程圖。附圖6為本實(shí)用新型的變量R的數(shù)值確定規(guī)則。
具體實(shí)施方式
: 實(shí)施例1:一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其組成包括:級聯(lián)型逆變器1，所述的級聯(lián)型逆變器分別連接耦合電感L (圖中件號為2)和驅(qū)動器3，所述的耦合電感L連接交流電網(wǎng)4，所述的驅(qū)動器連接STATCOM控制器5，其接收檢測的級聯(lián)型逆變器輸出電壓、電網(wǎng)電壓和電流以及參考值，并輸出觸發(fā)開關(guān)控制信號；所述的STATCOM控制器根據(jù)所述的級聯(lián)型逆變器的輸出電壓和CVM方法得到所需的直流電容電壓。所述的耦合電感L將STATCOM控制器連接到所述的交流電網(wǎng)上，由于所述的級聯(lián)型逆變器輸出電壓可通過增加電平級數(shù)來提高，因此所述的級聯(lián)型控制器STATCOM接入高壓電網(wǎng)時不需要升壓變壓器，所述的耦合電容還可起到濾波的作用。將測得的電壓和電流信號送入STATCOM控制器與參考值進(jìn)行比較，為級聯(lián)型逆變器的開關(guān)器件11輸出觸發(fā)控制信號Sa、Sb和Sc。實(shí)施例2:實(shí)施例1所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，所述的級聯(lián)型逆變器的每相有n= (m-1)/2個串接的H-橋逆變單元6，所述的級聯(lián)型逆變器的三相輸出分別與電壓傳感器PT (圖中件號為7)并接，所述的電壓傳感器PT連接所述的STATCOM控制器中的CVM (圖中件號為8)實(shí)現(xiàn)直流電壓檢測，進(jìn)而得到所有的直流電容電壓；其中，m為級聯(lián)型逆變器產(chǎn)生的輸出電平等級數(shù)，VHj (j=l，2…，η)和V。分別為H-橋單元和級聯(lián)型逆變器的輸出電壓。實(shí)施例3:根據(jù)實(shí)施例1或2所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，所述的STATCOM控制器的輸出端9連接所述的驅(qū)動器，所述的驅(qū)動器的輸出端10與所述的級聯(lián)型逆變器的開關(guān)器件11相連，控制其導(dǎo)通與關(guān)斷。實(shí)施例4:上述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，以往一個九電平級聯(lián)型STATCOM中，共有12個H-橋單元，因而需要12個電壓傳感器，本實(shí)用新型提出了一種實(shí)用的直流電容電壓檢測方法，在此基礎(chǔ)上，提出一種能夠有效控制級聯(lián)型逆變器中各逆變單元的直流電容電壓的方法，每相只需一個電壓傳感器測量逆變器輸出電壓，即可獲得該相所有的直流電容電壓，所有的H-橋直流電壓V’ dcl,V' dc;2…、V’ dm是由CVM檢測器獲得的，V’ dcJ (j=l, 2……η)的上標(biāo)表示:直流電容電壓是根據(jù)級聯(lián)型逆變器輸出電壓通過CVM檢測器獲得的。以7電平級聯(lián)型逆變器(η=3)為例介紹直流電壓檢測原理。級聯(lián)型逆變器輸出電壓V。為每個H-橋輸出電壓之和，即:VC=VH1+VH2+VH3(a)第j個H-橋(用Hj表不)的輸出電壓為:Vhj =SWj.Vdcj(b)其中SWj是Hj的開關(guān)函數(shù)。附圖3給出了開關(guān)狀態(tài)、開關(guān)函數(shù)及H-橋逆變器輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系。參見附圖3，其中SWj是Hj的開關(guān)函數(shù)，Vtkj為Hj的輸出電壓。如果只有第j個H-橋單元Hj有輸出，而其它單元的輸出均為零，則V。= Vaj=Sffj.Vdcj,這種情況定義為CVM檢測器工作的條件，此時的逆變器輸出電壓V。稱為單電平電壓，一旦滿足該檢測條件，第j個H-橋的直流電壓，即可由級聯(lián)型逆變器的輸出電壓獲得:VdcJ=|^7 =IVc(c) 則多個直流電容電壓可由一個逆變器輸出相電壓獲得。
CVM檢測器任務(wù)是檢測各H-橋單元是否滿足檢測條件，確定級聯(lián)型逆變器輸出電壓V。是否為單電平，然后確認(rèn)哪個H-橋有輸出，進(jìn)而得到相應(yīng)的直流電容電壓。如果不滿足檢測條件，CVM檢測器則不輸出此時的V。，而保持前一輸出值，因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)電壓出現(xiàn)快速閃變時，電容電壓不能瞬變。本實(shí)用新型的電壓檢測工作原理參見附圖4，Ca)為用于SPWM的正弦調(diào)制波和6個三角載波，(b)、(c)、(d)和(e)中的VH1、VH2、VH3和V。為3個H-橋單元的輸出電壓和級聯(lián)型逆變器的輸出電壓。假設(shè)由于直流電壓的平衡控制，每一級電平電壓都相同，設(shè)為E。本方法定義了一個變量R，R的值由本實(shí)用新型的判斷方法確定。例如，Vc的第一個黑色單電平電壓段對應(yīng)為VH2，S卩，V。=Vh2。因此，這段時間內(nèi)變量R = 2，第2個H-橋的直流電壓Vtk2等于V。。同理，V。中接下來的兩個黑色單電平電壓段分別對應(yīng)為Vm和Vh3，所以在這兩段時間內(nèi)R分別為I和3。如果V。不是單電平電壓，則R為零，用空白電壓段表示，見圖4 (f )。本實(shí)用新型的電壓檢測工作流程參見附圖5，首先根據(jù)開關(guān)狀態(tài)，確定R的值，然后判斷是否滿足檢測條件。如果R=0，不滿足檢測條件，CVM的輸出保持不變；如果R=j (j=1、2、3)，只有第j個H-橋有輸出，逆變器輸出電壓為單電平，這種情況下，第j個H-橋的直流電壓可由逆變器輸出電壓V。獲得，則CVM檢測器輸出IvcJ作為直流電壓V’dc;j。附圖6表示本實(shí)用新型定義了一個變量R，R的至有開關(guān)狀態(tài)決定，給出了判斷原則。
權(quán)利要求1.一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其組成包括:級聯(lián)型逆變器，其特征是:所述的級聯(lián)型逆變器分別連接耦合電感L和驅(qū)動器，所述的耦合電感L連接交流電網(wǎng)，所述的驅(qū)動器連接STATCOM控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其特征是:所述的級聯(lián)型逆變器的每相有n= (m-1)/2個串接的H-橋逆變單元，所述的級聯(lián)型逆變器的三相輸出分別與電壓傳感器PT并接，所述的電壓傳感器PT連接所述的STATCOM控制器中的CVM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其特征是:所述的STATCOM控制器的輸出端連接所述的驅(qū)動器，所述的驅(qū)動器的輸出端與所述的級聯(lián)型逆變器的開關(guān)器件相 連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對級聯(lián)型STATCOM的直流電容電壓平衡進(jìn)行了深入研究，但是所有的直流電容電壓都需單獨(dú)測量和控制，需要很多大功率的電壓傳感器及相應(yīng)的信號處理電路，造成STATCOM系統(tǒng)成本增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及系統(tǒng)可靠性下降等問題。一種級聯(lián)型靜止同步補(bǔ)償器，其組成包括級聯(lián)型逆變器(1)，所述的級聯(lián)型逆變器分別連接耦合電感L(圖中件號為2)和驅(qū)動器(3)，所述的耦合電感L連接交流電網(wǎng)(4)，所述的驅(qū)動器連接STATCOM控制器(5)，其接收檢測的級聯(lián)型逆變器輸出電壓、電網(wǎng)電壓和電流以及參考值，并輸出觸發(fā)開關(guān)控制信號。本實(shí)用新型應(yīng)用于電力系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/18GK203135454SQ20132017447
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者李一丹, 王篤亭 申請人:黑龍江科技學(xué)院