CN102638039B - 一种三相链式静止同步补偿器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三相链式静止同步补偿器，属于柔***流输配电***和电力电子技术领域。其结构为：将多组H桥逆变器单元串联，形成第一链式结构，在第一链式结构的两端各串联第一滤波电感，将三组相同的串有滤波电感的第一链式结构通过三角形方式连接，形成三角形接法的三相链式静止同步补偿器；将多组H桥逆变器单元串联，形成第二链式结构，在三角形接法的三相链式静止同步补偿器的三个出口各串联一个第二链式结构，每个第二链式结构的出口依次通过第二滤波电感和一个断路器与电网相连。本发明的静止同步补偿器，具备了同时补偿无功功率和负序电流的能力，对器件的耐压要求较低，采用的H桥逆变单元为模块化结构，便于生产，结构简单，成本低廉。

Description

一种三相链式静止同步补偿器
技术领域
本发明涉及一种三相链式静止同步补偿器，属于柔***流输配电***和电力电子技术领域。
背景技术
在电力***、炼钢、冶金、风力发电、电气化铁路等领域，无功补偿和不平衡补偿正越来越受到有关部门的重视。无功功率过剩将增加线路的损耗和电压降落，频繁的无功波动还将严重的影响母线电压质量，轻则减少周围用电设备的电气寿命，重则使得周围的发电机和用电设备因电压不合格而保护动作，导致停电、工厂无法正常工作等事故。因此，电力部门对功率因数的考核设立了严格的标准，通常都要求用电场所的功率因数达到0.9以上，否则会对其进行罚款，在某些无功功率频繁波动的用电场所，如电气化铁路和钢厂，往往要求其采用具有快速响应能力的动态无功补偿装置进行治理。近年来，由于公共连接点负序电压不平衡度超标导致发电机和负荷跳闸的事故也屡见报道，电力部门也越来越重视对公共连接点负序电压不平衡度的考核，国家标准《电能质量-三相电压不平衡》(GB/T15543-2008)要求接于公共连接点的每个用户引起该点电压负序不平衡度允许值一般为1.3％，短时不得超过2.6％，对于电压不平衡度超标的电力用户，要求必须采用补偿设备将不平衡度补偿在合格范围内。
在多数用电场所中，如电气化铁路、钢厂、冶金等，功率因数不达标和负序不平衡度超标问题往往同时存在，需要同时治理。近年来，由于柔***流输配电技术的快速发展，基于H桥逆变器单元结构的三相链式静止同步补偿器(以下简称STATCOM)被广泛的应用于配电***进行无功和负序的动态补偿。传统的链式STATCOM主要有两种拓扑结构，即三角形接法和星形接法，如图1、图2所示。星形接法的STATCOM具有结构简单、成本低的特点，可用于配电***的动态无功补偿，但星形接法的链式STATCOM在用于负序补偿时，三相的电流和电压均存在差异，控制难度很大，目前星形接法的链式STATCOM尚不具备补偿负序的能力；三角形接法的STATCOM每相链结承受***的线电压，由于***的线电压基本是三相对称的，在用于补偿负序时，只需控制STATCOM产生相应的不对称电流即可以较好的补偿配电***的负序电流，因此角形接法的链式STATCOM具有同时补偿无功功率和负序的能力，目前已经有较多的三角形接法的链式STATCOM应用在工业现场来同时补偿无功和负序的案例，然而，由于三角形接法的链式STATCOM每相链结承受的是***线电压，相对于相同电压等级和容量下的星形接法链式STATCOM，对每个绝缘门极双极型晶体管(以下简称IGBT)器件的耐压等级要求较高，或者必须串联更多的H桥单元来达到同样的耐压水平，从而使得角形接法的链式STATCOM成本远高于星形接法的链式STATCOM。
发明内容
本发明的目的是提出一种三相链式同步静止补偿器，以弥补星形接法和角形接法各自存在的不足，在采用耐压级别相对较低的IGBT的同时，又使其具有较好的补偿负序的能力，从而降低设备的成本。
本发明提出的三相链式静止同步补偿器，其结构为：将多组H桥逆变器单元串联，形成第一链式结构，在第一链式结构的两端各串联一个第一滤波电感，将三组相同的串有滤波电感的第一链式结构通过三角形方式连接，形成一个三角形接法的三相链式静止同步补偿器；将多组H桥逆变器单元串联，形成第二链式结构，在所述的三角形接法的三相链式静止同步补偿器的三个出口各串联一个第二链式结构，每个第二链式结构的出口依次通过第二滤波电感和一个断路器与电网相连。
本发明提出的三相链式静止同步补偿器，其优点是：相对于已有的星形接法的链式STATCOM，由于本发明的三相链式静止同步补偿器的内部具有三角形连接的部分，因此本发明的静止同步补偿器与已有星形接法的STATCOM相比，具有较好的补偿负序的能力；相对于已有的三角形接法的链式STATCOM，由于本发明的三相链式静止同步补偿器在三角形接法的链式STATCOM的每个端点的出口各串联若干组H桥单元结构后接入电网，因此可以采用耐压级别相对较低的IGBT。因此，本发明的三相链式静止同步补偿器，具备了同时补偿无功功率和负序电流的能力，对器件的耐压要求较低，采用的H桥逆变单元为模块化结构，便于生产，结构简单，成本低廉。
附图说明
图1是已有的星形接法的三相链式静止同步补偿器的结构示意图。
图2是已有的三角形接法的三相链式静止同步补偿器的结构示意图。
图3是本发明提出的三相链式静止同步补偿器的结构示意图。
图4是三相链式静止同步补偿器中H桥单元逆变器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的三相链式静止同步补偿器，其结构如图3所示，为：将多组H桥逆变器单元串联，形成第一链式结构，在第一链式结构的两端各串联一个第一滤波电感，将三组相同的串有滤波电感的第一链式结构通过三角形方式连接，形成一个三角形接法的三相链式静止同步补偿器；将多组H桥逆变器单元串联，形成第二链式结构，在所述的三角形接法的三相链式静止同步补偿器的三个出口各串联一个第二链式结构，每个第二链式结构的出口依次通过一个第二滤波电感和一个断路器与电网相连。
本发明的三相链式静止同步补偿器中，三角形连接内部每相串联的H桥模块数h和角形连接外部每相串联的H桥模块数j可以根据电网电压等级、对负序的补偿能力而灵活的设定。
如图3所示，本发明的三相链式静止同步补偿器，由基本的H桥逆变器单元级联而成，首先将h个H桥逆变器单元串联成为第一链式结构，并在该链式结构两端各串联一个滤波电感L1，将三组相同的串有滤波电感的链式结构通过三角形方式连接，形成一个三角形接法的三相链式静止同步补偿器，在其三个出口分别引出端子x、y、z，在每个端子处各串联一个由j个H桥逆变器单元串联而成的第二链式结构，每个第二链式结构依次通过第二滤波电感L2和断路器Q接入三相电力***。h和j的数值可以根据电压等级和对负序的补偿能力而灵活设置。从电网侧看本发明提出的三相链式静止同步补偿器，类似于星形接法的链式STATCOM，只是将其中性点扩充为一个角形连接的链式STATCOM；从装置侧看向电网，则类似于角形接法的链式STATCOM，只是在每相的出口又串联了由多个H桥逆变器单元串联而成的链式结构。
本发明提出的三相链式静止同步补偿器，其中的H桥逆变器单元的结构包括两个桥臂，其中每个桥臂分别由上下两个绝缘门极双极型晶体管(IGBT)及与上下两个绝缘门极双极型晶体管反向并联的二极管组成，并在直流侧并联一个电容及放电电阻，每个桥臂的中点引出一个端子。如图4所示，H桥逆变器单元包括两个桥臂，其中左桥臂由上下两个IGBT(S1和S2)以及分别与S1和S2反向并联的二极管D1、D2组成，右桥臂由上下两个IGBT(S3和S4)以及分别与S3和S4反向并联的二极管D3、D4组成。并在直流侧并联一个电容C及放电电阻R，左桥臂的中点引出端子a，右桥臂的中点引出端子b。H桥逆变器单元的工作原理是：假设当H桥电容充电后直流侧的电压为E。当IGBT1导通，IGBT2关断时，a端子相对于电容负极的电压为E，当IGBT1关断，IGBT2导通时，a端子相对于电容负极的电压为0；当IGBT3导通，IGBT4关断时，b端子相对于电容负极的电压为E，当IGBT3关断，IGBT4导通时，b端子相对于电容负极的电压为0。因此，a、b端子之间的电压差一共可以有3种电平，即+E、-E、0。

Claims (1)

1.一种三相链式静止同步补偿器，其特征在于该静止同步补偿器的结构为：将多组H桥逆变器单元串联，形成第一链式结构，在第一链式结构的两端各串联一个第一滤波电感，将三组相同的串有第一滤波电感的第一链式结构通过三角形方式连接，形成一个三角形接法的三相链式静止同步补偿器；将多组H桥逆变器单元串联，形成第二链式结构，在所述的三角形接法的三相链式静止同步补偿器的三个出口各串联一个第二链式结构，每个第二链式结构的出口依次通过第二滤波电感和一个断路器与电网相连。
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