[发明专利]一种具有STATCOM功能的高压变频装置、控制方法及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种变频技术，并涉及具有STATCOM功能的高压变频装置、控制方法及控制装置。

背景技术

变流技术是建设资源节约型和环境友好型社会的一项关键技术。基于变流技术的高压变频技术和无功补偿技术是目前解决高压电机节能和电能质量提高方面最主要的技术。对于负载来讲，基于变流技术的高压变频技术和无功补偿技术为负载提供了优质的动力源，同时也为了电网电源提供了优质的使用环境，这两项技术作为两类不同的电能质量优化技术在不同的应用条件下各自发挥了重要作用。

由于高压变频及STATCOM技术专业性非常强，目前在工程化实施的过程中只能见到各自独立的高压变频器装置和STATCOM装置(Static Var Compensator——静止同步无功补偿器)，即单独的对电机供电的高压变频装置，和单独接入电网，对电网电能进行功率补偿的STATCOM装置。所以单独的STATCOM只能作为功率补偿设备，或者单独的高压变频器只能作为电能质量优化和电机调速设备，还没有出现能将高压变频技术和STATCOM技术集成在一起，既可进行实时功率补偿又可同时对负载交流电机进行调速供电的变流装置。

现有技术中有如下两种方案：

(1)用类似级联高压变频器的电路结构作为STATCOM的调节部件，不接电机负载，不调速，仍然采用电容储能方式，仅实现STATCOM功能。现有方式只是采用了H桥单元变频调速器，仍然采用大电容储能，该种电路拓扑仅储能电容和级联单元变频调速器，无法实现电机的调速，本质上仍然是一种传统的STATCOM电路。

(2)用级联高压变频器进行高压电机的变频调速，输入采用不可控器件，无法实现能量回馈和原边电压的控制，没有STATCOM的功能，仅能实现电机调速。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的旨在提出一种具有STATCOM功能的高压变频装置及其控制方法和控制系统，采用移相变压器和交-直-交全控单元变频调速器，负载端接电机调速，原边接电网，进行电网的无功补偿；能将高压变频技术和无功补偿共性技术、设备共用，创造出节能效率更高、整体成本更低等单独装置无法比拟的优势。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案的是：

一种具有STATCOM功能的高压变频装置，其包括与电网三相交流电输出端连接的变压器原边，变压器副边的各个绕组分别接入级联变频器的各个单元变频调速器，各个单元变频调速器输出端一并接入交流电机负载，每套装置有若干个这样的单元变频调速器，各单元变频调速器串联后形成高压输出给负载电机。

上述的单个单元变频调速器即指一个采用两级变流器的变频调速器，前级变流器采用IGBT脉冲整流电路，后级变流器为H桥逆变电路，多个单元变频调速器在逆变端串联形成一相，最后形成三相10kV交流输出；其中同一相的所有单元变频调速器共用一组变压器副边绕组，同一组内的各绕组之间移相，形成多脉波整流模式。

本发明提供的高压变频装置中前级变流器兼有整流和STATCOM的功能，后级变流器作为逆变输出装置和能量回馈时的反向整流器，从电机侧提供直流电源给前级，从而代替了现有STATCOM技术方案的储能电容，达到了一套设备两种功能的作用。前级变流器采用全控型功率器件，不仅不需要交流侧提供无功功率，而且还能在一定功率范围内输出连续可调的感性或容性无功功率，动态补偿供电电网母线的无功功率，稳定供电电网母线电压；且由于将负载在制动情况下的有功电能回馈至电网，进一步提高节能效果，具有节能效率高、整体成本低等特点，有利于节能技术的推广。

相应的，本发明还提出了一种基于上述高压变频装置的控制方法，在高压变频装置进行变频调速时，前级变流器作为全控整流器，采用滞环电流法，控制母线直流电压和输入的电压电流，通过电流滞环比较得到IGBT器件的控制脉冲，系统逆变部分采用PWM控制，形成幅值、频率可调的输出电压、电流；在进行功率补偿时，通过无功计算，从电机侧将电能回馈，经过一个反的交直交变流器，控制电网原边电压输入值，达到功率补偿的目的。

本发明还基于DSP与CPLD硬件控制平台，提出了一种实现上述控制方法的控制系统，包括主控制器、与其双向连接的上位微机和脉冲分配单元，主控制器包括信号处理单元、与信号处理单元连接的信号采集单元和中央控制器，其中主控制器通过其内部的信号采集单元与脉冲分配单元连接，脉冲分配单元通过光电耦合器接入主电路中的门极驱动电路。