相電壓型逆變器的結(jié)構(gòu)相同。整流級和逆變級的直流母線相連，但直流母線上不包含 儲能元件。四象限開關(guān)一般由2個(gè)全控型器件共射極或共集極構(gòu)成，如附圖3(c)所示。矩 陣式變換器選用雙級式矩陣變換器或雙級式矩陣變換器衍生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的任意一種或傳 統(tǒng)矩陣式變換器，均能將三相輸入電壓轉(zhuǎn)換為三相輸出電壓，且輸出電壓的幅值和頻率均 任意可變。此外，它們還具有雙向功率流動能力，適合于電力系統(tǒng)領(lǐng)域的有功和無功功率控 制。
[0020] 矩陣式變換器是一種降壓型變換器，故輸入電壓的幅值大于輸出電壓的幅值，因 此，上述雙路輸出變壓器的第二路三相輸出（a2、b2、c2)的電壓幅值應(yīng)小于第一路三相輸 出（al、bl、cl)的電壓幅值。如圖4所示是一種實(shí)際可行的雙路輸出變壓器結(jié)構(gòu)：圖中， a0、b0、cO為原邊的三相接頭，d0為雙路輸出變壓器原邊的中線接頭，al、bl、cl為雙路輸 出變壓器副邊的第一路三相輸出接頭，nl為副邊的中線接頭，a2、b2、c2為第二路三相輸出 接頭，第二路的三相輸出接頭直接在第一路輸出繞組中引出，無需設(shè)置獨(dú)立的繞組，即兩路 輸出共用一套繞組。這樣一種雙路輸出變壓器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)難度低，十分容易實(shí)現(xiàn)。但本發(fā)明 中所使用的雙路輸出變壓器不局限于該變壓器，可以為其它類型的雙路輸出變壓器。
[0021] 矩陣式變換器只傳輸有功功率，通過矩陣式變換器成熟的輸出電流控制策略，可 以使得矩陣式變換器的輸出端只產(chǎn)生無功功率，而不產(chǎn)生有功功率，并且矩陣式變換器中 不包含儲能元件，因此矩陣式變換器的三相輸入端（r、s、t)基波電流幅值很小，矩陣式變 換器的輸入端有功功率為〇,所以雙路輸出變壓器的第一路三相輸出電流（附圖2中的ial、 ibl、U可以忽略。此時(shí)，電網(wǎng)電流（附圖2中的iga、igb、ig。）主要由雙路輸出變壓器的第 二路三相輸出電流（附圖2中的ia2、ib2、ie2)決定；因此，只要將矩陣式變換器的三相輸出 端（u、v、w)的電流，也即雙路輸出變壓器的第二路三相輸出電流（附圖2中的ia2、ib2、ij 控制成無功電流，就能向電網(wǎng)中注入期望的無功功率。
[0022] 矩陣式變換器中三相輸出端（u、v、w)中的u相等效輸出電路和無功補(bǔ)償?shù)脑砣?附圖5所示，v相和w相可采用相同的分析方法。附圖5(d)中，&為雙路輸出變壓器第二 路三相輸出端（a2、b2、c2)中a2相輸出的電壓相量，為a2路輸出的電流相量，&為矩陣 式變換器u相輸出電壓相量。由于濾波電感L1呈純感性阻抗，/[2相對于fia2-&滯后90°， 因此，只要矩陣式變換器輸出的么和雙路輸出變壓器輸出的義同相位，就可使得輸出電流 為純無功電流。如附圖5(e)所示，當(dāng)&的模小于的模時(shí)，匕滯后于i90°，雙路輸出 變壓器的a2相輸出電流為純感性電流，電網(wǎng)發(fā)出感性無功。如附圖5(f)所示，當(dāng)土的模大 于[4的模時(shí)，/=超前于(二90°，雙路輸出變壓器a2相輸出電流為純?nèi)菪噪娏鳎娋W(wǎng)發(fā)出 容性無功。
[0023] 下面介紹本發(fā)明的一個(gè)仿真實(shí)例，以進(jìn)一步說明本發(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。
[0024] 在Matlab/Simulink軟件中建立了附圖2所示裝置的仿真模型，電網(wǎng)電壓為 220V/50HZ，濾波電感1^=L2=L3= 4mH，濾波電容(^=C2=C3= 10F，雙路輸出變壓器的 第一路三相輸出電壓為220V/50HZ，第二路三相輸出電壓為160V/50HZ。仿真結(jié)果如附圖6 所示。在0-0. 04s之間，設(shè)定電網(wǎng)發(fā)出10A的容性無功電流；在0.04-0. 08s之間，設(shè)定電網(wǎng) 發(fā)出10A的感性無功電流。由圖可知，實(shí)際的電網(wǎng)電流能夠很好的跟蹤給定值，驗(yàn)證了本發(fā) 明的有效性和可行性。
[0025] 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：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無需電解電容的靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：包括雙路輸出變壓器、c濾波 器、矩陣式變換器和L濾波器；所述C濾波器包括第一濾波電容C1、第二濾波電容C2和第 =濾波電容C3 ;所述L濾波器包括第一濾波電感L1、第二濾波電感L2、第=濾波電感L3 ; 所述雙路輸出變壓器的原邊連接電網(wǎng)，雙路輸出變壓器副邊包括第一路=相輸出端 (al、bl、cl)和第二路S相輸出端（a2、b2、c2);所述第一路S相輸出端（al、bl、cl)連接矩 陣式變換器的=相輸入端（r、s、t);第一濾波電容C1的一端與矩陣式變換器的=相輸入端 (r、s、t)的r相連接，第二濾波電容C2的一端與矩陣式變換器的S相輸入端（r、s、t)的S 相連接，第=濾波電容C3的一端與矩陣式變換器的=相輸入端（r、s、t)的t相連接；第一 濾波電容C1、第二濾波電容C2和第=濾波電容C3的另一端短接；第二路=相輸出端（a2、 b2、c2)中的a2相與第一濾波電感L1的一端相連，b2相與第二濾波電感L2的一端相連， c2相與第=濾波電感L3的一端相連；第一濾波電感L1的另一端與矩陣式變換器的=相輸 出端（u、v、w)的U相相連、第二濾波電感L2的另一端與矩陣式變換器的S相輸出端（u、v、 W)的V相相連、第S濾波電感L3的另一端與矩陣式變換器的S相輸出端（U、V、W)的W相 相連；第一路S相輸出端輸出（al、bl、cl)的電壓幅值大于第二路S相輸出端輸出（a2、b2、 c2)的電壓幅值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無需電解電容的靜止同步補(bǔ)償裝置，其特征在于：所述 的矩陣式變換器采用雙級式矩陣變換器或雙級式矩陣變換器的衍生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或傳統(tǒng)矩陣 式變換器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無需電解電容的靜止同步補(bǔ)償裝置，包括雙路輸出變壓器、C濾波器、矩陣式變換器和L濾波器；C濾波器包括三個(gè)濾波電容；L濾波器包括三個(gè)濾波電感；雙路輸出變壓器的原邊接電網(wǎng)，副邊中第二路三相輸出端的每相輸出端串聯(lián)一個(gè)濾波電感與矩陣式變換器的三相輸出端連接，第一路三相輸出端連接矩陣式變換器的三相輸入端；矩陣式變換器的每相輸入端并聯(lián)一個(gè)電容，所有濾波電容星型連接；第一路三相輸出端輸出的電壓幅值大于第二路三相輸出端輸出的電壓幅值。該裝置無需大容量電解電容，減小了系統(tǒng)的體積和重量，延長了裝置的工作壽命，提高了系統(tǒng)功率密度和可靠性。
【IPC分類】H02J3-18
【公開號】CN104578111
【申請?zhí)枴緾N201510042126
【發(fā)明人】馮雙, 蔣平, 雷家興
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日