[发明专利]二极管箝位级联多电平STATCOM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，特别是一种二极管箝位级联多电平STATCOM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、飞跨电容式和级联式三种。二极管箝位级联多电平结构结合了二极管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。二极管箝位级联多电平STATCOM装置的关键技术之一是其各个二极管箝位逆变单元直流侧电容电压的平衡控制。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提出一种二极管箝位级联多电平STATCOM的直流电压平衡控制系统，它可以克服现有技术的不足，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，不但不会影响补偿的效果和精度，而且还可以大大减小二极管箝位级联多电平STATCOM中逆变器的成本。

本发明的技术方案：一种二极管箝位级联多电平STATCOM的直流电压平衡控制系统，包括交流电压源和外部电力系统，其特征在于该系统由整流电路、两个直流储能单元、两个保护电路、由两个二极管箝位三电平逆变电路级联构成的二极管箝位级联九电平逆变器、两个直流隔离单元及三绕组隔离变压器组成；其中，所说的整流电路输入端与交流电压源的输出端连接，其输出端连接两个直流储能单元的输入端，将整流电路输出的总直流电压分成两个直流电压源；所说的两个直流储能单元的输出端分别经一个保护电路与一个二极管箝位三电平逆变电路相连接；所说的二极管箝位级联九电平逆变器由两个三电平逆变电路级联构成，且两个三电平逆变电路输出端分别与一个直流隔离单元的输入端连接；所说的两个直流隔离单元的输出端与三绕组隔离变压器的输入端连接；所说的三绕组隔离变压器的输出端与外部电力系统连接。

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；其中，所说的整流桥输入端与交流电压源的输出端连接，其输出端经过平波电抗器与所说的直流储能单元的输入端连接。

上述所说的两个直流储能单元分别由一个直流分压电容和一个辅助控制电路构成；其中，所说的两个直流储能单元对应的两个直流分压电容的一端相连在一起并连接到两个三电平逆变电路中一个逆变电路的直流负端和另一个逆变电路的直流正端，另一端分别接到直流电压源正母线和直流电压源负母线上；所说的辅助控制电路的输入端与直流分压电容的输出端连接，接受直流分压电容两端的电压，其输出端则连接二极管箝位级联九电平逆变器的输入端，为二极管箝位级联九电平逆变器提供控制信号。

上述所说的两个保护电路分别由IGBT、二极管和吸收电路构成；其中，所说的二极管反并联在IGBT的两端，所说的吸收电路与IGBT并联连接；且其中一个保护电路中的二极管的阴极和IGBT的漏极连接到直流电压源正母线上，另一个保护电路中的二极管的阳极和IGBT的源极连接到直流电压源负母线上。