基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子靜止無功發(fā)生器技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 與靜止無功補償裝置（SVC)相比，由于靜止無功發(fā)生器（SVG)具有體積小、重量 輕、調(diào)節(jié)速度快、運行范圍寬、諧波含量低等優(yōu)點，自上世紀(jì)八十年代投入商業(yè)運行以來，得 到了迅速應(yīng)用和發(fā)展。但另一方面，由于SVG的控制系統(tǒng)和控制方法比SVC復(fù)雜，主回路開 關(guān)器件需使用全控型器件，且器件數(shù)量多、容量大，所以其價格仍比使用晶閘管的SVC高得 多，價格的劣勢也制約了SVG發(fā)展的進程。
[0003]SVG應(yīng)用的初期，曾經(jīng)在很短的時期內(nèi)采用過晶閘管作為主開關(guān)器件，但隨著電力 電子器件的發(fā)展，門極關(guān)斷（GT0)晶閘管等全控型器件出現(xiàn)后，SVG毫無例外地采用了全控 型器件作為主開關(guān)器件，并因此而獲得了更好的控制性能。此后，SVG成了全控型器件的一 統(tǒng)天下，近三十年來有關(guān)基于晶閘管的SVG的研究已經(jīng)絕跡于科技出版物。
[0004] 由于晶閘管具有耐受電壓高、額定導(dǎo)通電流大、效率高、可靠性好等優(yōu)點，自其問 世以來就一直獲得了廣泛的應(yīng)用，雖然由于存在半控的特性而限制了它的應(yīng)用范圍，但實 際應(yīng)用結(jié)果表明，晶閘管仍是目前具有相當(dāng)吸引力的電力電子器件之一，對其進行深入的 應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實意義。若能在SVG中使用晶閘管作為主開關(guān)器件，發(fā)揮晶閘管容 量大、耐壓高、穩(wěn)定性好、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單以及綜合價格低的優(yōu)勢，則將會大大促進SVG的實 際應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的研究對象是基于晶閘管的SVG系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的目的是深入研究SVG系統(tǒng)變換機理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制技術(shù)，研發(fā)基于晶 閘管的高性能SVG，促進SVG的發(fā)展和實際應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明的要點是在基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器的有功無功的四象限運行、諧波 抑制和提高綜合效率方面取得了突破性的進展。
[0008] 本發(fā)明基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法的特征是由一個直流蓄能單元
[1]，一個多電平直流電流控制及分配單元[2]，兩個完全相同的6脈波晶閘管三相變流橋 [3]和[4]，一個Y繞組[7]和二個互差30度的Y繞組[5]和A繞組[6]構(gòu)成的移相變壓 器組成，采用非對稱電流的控制策略，對兩個三相變流橋[3]和[4]分別按（1)式和（2)式 的特定變換規(guī)律進行控制，產(chǎn)生互不對稱的，且相位也不相同的Y繞組[34]電流和A繞組 [35]電流，使移相變壓器輸出側(cè)Y形繞組[36]的電流為正弦波電流，有效的抑制了諧波， 按⑴式和⑵式的特定變換規(guī)律控制Y三相變流橋和A三相變流橋，導(dǎo)致了Y三相變流 橋和△三相變流橋內(nèi)開關(guān)器件的電流按設(shè)定的三角波電流規(guī)律變化，在構(gòu)成Y三相變流橋 和A三相變流橋的開關(guān)器件為晶閘管時，施加三角波電流開始時給晶閘管門極觸發(fā)信號， 晶閘管開通，在三角波電流為零期間，晶閘管電流為零被強迫關(guān)斷，即晶閘管開通受門極控 制，三角波電流為零時晶閘管自行關(guān)斷，兩者的組合使晶閘管可以作為全控開關(guān)使用，晶閘 管的全控化使觸發(fā)角移相范圍變?yōu)?180°?180°，實現(xiàn)了有功無功四象限運行。
【主權(quán)項】
1. 本發(fā)明基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法的特征是由一個直流蓄能單元[1]， 一個多電平直流電流控制及分配單元[2]，兩個完全相同的6脈波晶閘管三相變流橋[3]和 [4]，一個Y繞組[7]和二個互差30度的Y繞組[5]和A繞組[6]構(gòu)成的移相變壓器組成， 采用對兩個三相變流橋[3]和[4]進行產(chǎn)生非對稱電流的控制策略，分別按（1)式和（2) 式的特定變換規(guī)律控制產(chǎn)生互不對稱的，且相位也不相同的Y繞組[34]電流和A繞組[35] 電流，使移相變壓器輸出側(cè)Y形繞組[36]的電流為正弦波電流，按（1)式和（2)式的特定 變換規(guī)律控制Y三相變流橋和△三相變流橋，導(dǎo)致了Y三相變流橋和△三相變流橋內(nèi)開 關(guān)器件的電流按設(shè)定的三角波電流規(guī)律變化，在構(gòu)成Y三相變流橋和△三相變流橋的開關(guān) 器件為晶閘管時，施加三角波電流開始時給晶閘管門極觸發(fā)信號，晶閘管開通，在三角波電 流為零期間，晶閘管電流為零被強迫關(guān)斷，即晶閘管開通受門極控制，三角波電流為零時晶 閘管自行關(guān)斷，兩者的組合使晶閘管可以作為全控開關(guān)使用，晶閘管的全控化使觸發(fā)角移 相范圍變?yōu)?180°?180°，實現(xiàn)了有功無功四象限運行。
式中： IBY :Y橋直流電流 IBA :A橋直流電流 Id。：直流蓄能單元電流 k=l,2,…
2. 按照權(quán)利要求1所述的多電平直流電流控制及分配單元[2]采用下述原理實現(xiàn)： (1) 將直流蓄能單元電流均等分配為m個支路，每個支路連接到兩個可控開關(guān)，兩個可 控開關(guān)互補動作，構(gòu)成互補開關(guān)對，分別連接到Y(jié)三相變流橋和△三相變流橋； (2) 每隔30° /m切換一個互補開關(guān)對，使流入Y三相變流橋的電流增加一個支路量， 同時也使流入A三相變流橋的電流減少一個支路量，經(jīng)過m個30° /m區(qū)間，當(dāng)所有支路 電流都流入Y三相變流橋后，再使流入Y三相變流橋的電流每隔30° /m減少一個支路量， 同時也使流入△三相變流橋的電流增加一個支路量，直到流入Y三相變流橋的電流減少到 零，重復(fù)以上過程，就可以將直流蓄能單元電流按等增量臺階形三角波的規(guī)律分配給Y三 相變流橋和△三相變流橋。
3. 按照權(quán)利要求1所述的基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法具有下述特性： >交流輸出電流諧波含量隨m增大而減小，變換器輸出交流電流THD與m的關(guān)系示于 表1 ; 表1.THD與m的關(guān)系表_
根據(jù)表1，當(dāng)m> 6時，諧波值被限制在〈3%的范圍內(nèi)，采用這種控制方法將傳統(tǒng)12脈 波變換器的>8%的諧波含量控制在可控的、滿足實際需要的諧波含量范圍內(nèi)； >有功無功可超前、滯后連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了四象限運行，零有功到額定有功控制時間 < 5ms，額定超前、滯后無功轉(zhuǎn)換時間< 5ms; >可在大范圍內(nèi)對直流蓄能單元輸入輸出電壓和電流進行連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)輸出或吸收無 功時，工作在〇或小電流狀態(tài)下；當(dāng)輸出或吸收有功時，工作在對應(yīng)的輸入輸出電流狀態(tài) 下； >運用軟開關(guān)理念，在流入Y三相變流橋的電流為零的區(qū)間內(nèi)，令Y三相變流橋的晶閘 管換相，在流入△三相變流橋的電流為零的區(qū)間，令△三相變流橋的晶閘管換相，Y三相變 流橋和△二相變流橋的晶閘管在電流為零的條件下完成換相，晶閘管在電流為零時關(guān)斷， 在電壓為零時開始開通，無開關(guān)損耗，晶閘管工作頻率50Hz，開關(guān)頻率低，因而綜合效率高。
4.按照權(quán)利要求1所述的直流蓄能單元[1]，根據(jù)實際應(yīng)用情況，分別是電容器、蓄電 池、各類型的直流蓄能器、各種有源整流裝置。
【專利摘要】本發(fā)明基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法屬于電力電子靜止無功發(fā)生器技術(shù)，目的是研發(fā)基于晶閘管的高性能SVG，促進SVG的發(fā)展和實際應(yīng)用，其特征是采用晶閘管12脈波變換器，按特定變換規(guī)律對兩個三相變流橋進行非對稱電流的控制策略，使移相變壓器輸出側(cè)的電流為正弦波電流，按特定變換規(guī)律控制Y三相變流橋和Δ三相變流橋，使晶閘管可以作為全控開關(guān)使用，晶閘管的全控化使觸發(fā)角移相范圍變?yōu)?180°～180°，實現(xiàn)了有功無功四象限運行。用基于晶閘管的靜止無功發(fā)生器控制方法構(gòu)建的晶閘管靜止無功發(fā)生器可廣泛的應(yīng)用于直流輸配電、交流輸配電、交直流電弧爐及各種冶煉爐、精煉爐的動態(tài)無功補償。
【IPC分類】H02J3-01, H02J3-18
【公開號】CN104578089
【申請?zhí)枴緾N201310479790
【發(fā)明人】高毅夫, 陳琳琳, 劉昆
【申請人】高毅夫
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月15日