理。對(duì)矩陣式整流器3進(jìn)行PWM控制，在 相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，矩陣式整流器3在T1和T2之間產(chǎn)生極性相反、但平均值的絕對(duì)值相 等的電壓。因此高頻變壓器4的工作頻率為開(kāi)關(guān)頻率，相對(duì)于傳統(tǒng)的工頻變壓器，極大地減 小了變壓器的體積和重量。高頻變壓器4的主要作用為升壓作用，T3和T4之間的電壓為高 頻變壓器4的輸出電壓，該輸出電壓在相鄰兩個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)也是極性相反、但平均值的絕 對(duì)值相等的電壓。T3與T4之間的電壓包含了負(fù)壓，因此它不能直接作為逆變器6的輸入， 需要同步整流器5的整流作用，在P和N之間產(chǎn)生正的直流母線電壓，再作為逆變器6的輸 入。
[0029] 為保證電網(wǎng)電流不畸變，矩陣式整流器3應(yīng)工作于線性調(diào)制區(qū)，此時(shí)矩陣式整流 器3產(chǎn)生的直流輸出電壓小于電網(wǎng)電壓的1. 5倍。同樣的，逆變器6工作于線性調(diào)制區(qū)時(shí)， 輸出線電壓的幅值應(yīng)不大于逆變器6上的第三直流母線上的電壓，即輸出相電壓的幅值應(yīng) 不大于逆變器6上的第三直流母線上的電壓的丨/^..根據(jù)上述關(guān)系可知，高頻變壓器4原邊 和副邊的匝比應(yīng)至少為2:心，否則逆變器6將不能工作于線性調(diào)制區(qū)，電網(wǎng)電流將發(fā)生畸 變。
[0030] 通過(guò)逆變器6的成熟控制方法，可以使得逆變器6只產(chǎn)生無(wú)功功率，不產(chǎn)生有功功 率。由于整個(gè)裝置不包含儲(chǔ)能元件，矩陣式整流器3、高頻變壓器4、同步整流器5也不傳 輸有功功率，因此矩陣式整流器3交流輸入端一側(cè)的濾波電感Lf上的電流很小，可以忽略。 此時(shí)，電網(wǎng)電流主要由逆變器6輸出電流（即圖3中的U、U、ij決定。因此，只要控制 逆變器6的輸出電流為無(wú)功電流即可向電網(wǎng)1中注入期望的無(wú)功功率。逆變器6輸出電流 控制即無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砣鐖D4所示。圖4中，C；。為逆變器6輸出相電壓相量，/。為逆變器6 輸出相電流相量，為電網(wǎng)1相電壓相量。由于濾波電感、呈純感性阻抗，相對(duì)于么 超前90°。因此，只要逆變器輸出的c；。與同相位，即可使得輸出電流/。為純無(wú)功電流。如 附圖4左側(cè)所示，當(dāng)t；。的模小于&的模時(shí)，/。超前于& 90°，輸出電流為純?nèi)菪噪娏?，電網(wǎng) 吸收容性無(wú)功。附圖4右側(cè)所示，當(dāng)C；。的模大于么的模時(shí)，/丨滯后于C；g 90。，輸出電流/。為 感性電流，電網(wǎng)吸收感性無(wú)功。
[0031] 下面介紹本發(fā)明的一個(gè)仿真實(shí)例，以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的工作原理，同時(shí)也驗(yàn)證 本發(fā)明的有效性和可行性。
[0032] 在Matlab/Simulink軟件中建立了圖3所示裝置的仿真模型，電網(wǎng)電壓為 220V/50HZ，濾波電感1^=ImH，濾波電gCf= 10yF，高頻變壓器4原邊和副邊的匝數(shù)比為 2:1，濾波電感Lg= 4mH。仿真結(jié)果如圖5至圖8所示。
[0033] 圖5為電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流波形，電網(wǎng)電壓的波形對(duì)應(yīng)圖中縱坐標(biāo)每格為200V， 電網(wǎng)電流的波形對(duì)應(yīng)圖中縱坐標(biāo)每格為10A，由圖可知電網(wǎng)電流為正弦電流，且超前于電網(wǎng) 電壓90 °，說(shuō)明附圖3所示裝置能夠向電網(wǎng)中注入純無(wú)功功率。
[0034] 圖6為高頻變壓器4原邊上的電壓波形，電壓波形對(duì)應(yīng)圖中縱坐標(biāo)每格為200V，由 圖可知高頻變壓器4原邊的電壓為高頻交流電壓，因此高頻變壓器4的工作頻率很高。
[0035] 圖7為高頻變壓器4副邊上的電壓波形，電壓波形對(duì)應(yīng)圖中縱坐標(biāo)每格為500V，它 與高頻變壓器4的原邊電壓波形相似，也為高頻交流電壓，僅幅值被放大。
[0036] 圖8為PN之間的直流母線之間的電壓波形，電壓波形對(duì)應(yīng)圖中縱坐標(biāo)每格為 500V，高頻變壓器4的副邊的高頻交流電壓經(jīng)過(guò)同步整流器5的整流作用，變成了直流電 壓。
[0037] 結(jié)合上述圖6到圖8這3幅圖，說(shuō)明了高頻變壓器4和同步整流器5能夠正常工 作。
[0038] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種靜止同步補(bǔ)償裝置，連接于電網(wǎng)（1)上，其特征在于：包括LC濾波器（2)、矩陣 式整流器（3)、高頻變壓器（4)、同步整流器（5)、逆變器（6)和L濾波器（7); 所述電網(wǎng)（1)、LC濾波器（2)、L濾波器（7)均為三相結(jié)構(gòu)；所述矩陣式整流器（3)為 三相交流輸入、直流輸出的結(jié)構(gòu)；所述同步整流器（5)為單相交流輸入、直流輸出的結(jié)構(gòu)； 所述逆變器（6)為直流輸入、三相交流輸出的結(jié)構(gòu)； 所述電網(wǎng)（1)連接到LC濾波器（2)的輸入端，LC濾波器（2)的輸出端連接到矩陣式 整流器（3)的交流輸入端，矩陣式整流器（3)的直流輸出端接到高頻變壓器（4)的原邊，高 頻變壓器（4)的副邊接到同步整流器（5)的交流輸入端，高頻變壓器（4)的原邊的匝數(shù)大 于高頻變壓器（4)的副邊的匝數(shù)，同步整流器（5)的直流輸出端接到逆變器（6)的直流輸 入端，逆變器（6)的交流輸出端通過(guò)L濾波器（7)連接到電網(wǎng)（1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述矩陣式整流器（3) 為6個(gè)四象限開(kāi)關(guān)組成的三相橋式電路，每個(gè)四象限開(kāi)關(guān)由2個(gè)全控型器件共射極串聯(lián)構(gòu) 成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述同步整流器（5) 為4個(gè)全控性器件構(gòu)成的單相橋式整流電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述逆變器（6)為三 相電壓型逆變器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：將所述L濾波器（7)替 換為三相結(jié)構(gòu)的LCL濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：高頻變壓器的原邊與 副邊的匝數(shù)比不小于2:
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型靜止同步補(bǔ)償裝置，它包括LC濾波器、矩陣式整流器、高頻變壓器、同步整流器、逆變器和L濾波器。該靜止同步補(bǔ)償裝置通過(guò)矩陣式整流器、同步整流器和逆變器的協(xié)同控制，可以向安裝點(diǎn)注入任意的無(wú)功功率。該裝置無(wú)需大容量的電解電容或平波電抗器等儲(chǔ)能元件，顯著減小了裝置的體積和重量，延長(zhǎng)了裝置的工作壽命，十分有利于提高系統(tǒng)功率密度和可靠性。
【IPC分類】H02J3-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104538977
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510005810
【發(fā)明人】馮雙, 蔣平, 雷家興
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月6日