[发明专利]用于混合多电平静止同步补偿器的直流电压平衡控制系统

说明书

(一)技术领域：

本发明属于电力系统静止同步补偿器(STATCOM)设备技术领域，特别是一种用于混合多电平静止同步补偿器的直流电压平衡控制系统。

(二)背景技术：

电力工业作为国民经济的支柱产业，是静止同步补偿器的广泛应用领域。静止同步补偿器在电力系统中可以实现快速平滑地吸收感性和容性无功功率的目的，它具有起动无冲击、调节连续、响应快速、占地面积小等优点，在调节系统电压、校正功率因数、平衡负荷、滤除谐波等方面均具有很大的优势，目前已成为竞争激烈的新一代无功补偿装置，是柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部件之一。STATCOM装置的主电路一般采用多重化结构或多电平结构。其中，多电平结构又分为二极管箝位式、电容箝位式和级联式三种。混合多电平结构结合了电容箝位式和级联式的特点，具有如下优势：1)电平数越多，输出电压谐波含量越少；2)可以实现不平衡负载的平衡化补偿；3)相对于传统的多电平结构，所需器件成倍减少，易于封装；4)容易实现冗余运行；5)有功和无功潮流都可控，因而可用于高压直流输电和变频调速。混合多电平STATCOM装置的关键技术之一是其各个电容箝位逆变单元直流侧电压的平衡控制。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提出一种用于混合多电平静止同步补偿器的直流电压平衡控制系统，使得逆变器功率器件可采用较低电压较小电流容量的功率开关器件，从而大大减小混合多电平静止同步补偿器中逆变器的成本。

本发明的技术方案：一种用于混合多电平静止同步补偿器的直流电压平衡控制系统，其特征在于该系统由整流电路、直流储能单元、保护电路、混合九电平逆变器、直流隔离单元及三绕组隔离变压器组成；所说的整流电路输出端连接两个直流储能单元，将整流电路输出的总直流电压分成两个直流电压源，然后分别通过一个保护电路与一个电容箝位三电平逆变电路相连接；两个三电平逆变电路组合成一个混合九电平逆变器；两个逆变电路输出端分别连接一个直流隔离单元，其交流输出电压通过三绕组隔离变压器耦合成一个交流电压。

上述所说的整流电路由一组将采集的交流电压变换为直流电压的整流桥和平波电抗器构成；直流电压经过平波电抗器连接到直流储能单元的充电输入端。

上述所说的直流储能单元由一个直流分压电容和辅助控制电路构成；两个直流储能单元将整流电路输出的总直流电压分成两个直流电压源，其中的两个直流分压电容一端连接在一起并联到第一个逆变电路的直流负端和第二个逆变电路的直流正端，另一端分别接到直流电源正母线和直流电源负母线上。

上述所说的保护电路由IGBT、二极管和吸收电路构成；二极管反并联在IGBT的两端，吸收电路与IGBT并联连接；第一个保护电路中二极管的阴极和IGBT的漏极连接到第一个逆变电路的直流正端，第二个保护电路中二极管的阳极和IGBT的源极连接到第二个逆变电路的直流负端。

上述所说的混合九电平逆变器由两个三电平逆变电路级联构成；每个逆变电路的串联开关器件之间都有箝位电容；第一个逆变电路的直流负端接到第二个逆变电路的直流正端及两个直流分压电容的中间互连节点。

上述所说的混合九电平逆变器部分中的逆变电路输出的三绕组隔离变压器中前两个绕组的2号接线端分别接到两个逆变电路的右交流输出端，第三个绕组将输出连接到电力系统中；前两个绕组的1号接线端为同名端。

上述所说的直流隔离单元由一个用于将逆变电路输出的方波交流电压中的直流分量滤除掉，以防止隔离变压器饱和的直流隔离电容构成；两个直流隔离单元中的直流隔离电容一端分别接到两个逆变电路的左交流输出端；另一端分别接到三绕组隔离变压器中前两个绕组的1号接线端。

本发明的工作原理为：整流电路将采集的交流电压变换为直流电压。两个直流储能单元将整流电路输出的总直流电压分成两个电压相等的直流电压源，其中的辅助控制电路用于防止两个直流分压电容的电压波动。两个保护电路用于当逆变电路工作于整流方式时控制直流侧电容的充电电流大小，防止过流；IGBT关断时会出现电流拖尾，吸收电路中的吸收电容会削弱对关断损耗的抑制作用。两个电容钳位三电平逆变电路实现从直流到交流的转变，其交流输出端连接的两个直流隔离电容用于将两个逆变电路输出的方波交流电压中的直流分量滤除掉，以防止隔离变压器饱和。最后通过一个三绕组隔离变压器将两个方波交流电压隔离、耦合成一个交流电压并输出到电力系统中。