[发明专利]混合式级联SVG拓扑及其控制方法

说明书

本公开提供了一种混合式级联SVG拓扑结构及其控制方法，使用级联U‑Cell结构与三相H桥结构混用、SiC器件与Si器件混用，从而实现灵活高效、高性价比的无功补偿和高次谐波治理功能。在三相级联U‑Cell单元临近星型连接点处连结一个带电容器的三相H桥式电路，其中三相H桥开关管采用SiC功率器件，高开关频率进行调制，用以补偿电网高次谐波；级联U‑Cell单元开关管采用Si功率器件，低开关频率进行调制，用于补偿电网无功功率和支撑基波电压。相关控制主要用于SVG无功及高次谐波补偿以及电容稳压控制。

技术领域

本公开涉及一种混合式级联SVG拓扑及其控制方法。

背景技术

电力系统中的无功与谐波具有增加电网损耗、降低功率因数、影响系统稳定性等一系列危害，是目前电能质量治理的主要问题。因此在国家建设坚强智能电网的背景下，开发一种高性能的无功补偿谐波治理装置，有效治理系统中的无功和谐波，对电网安全、稳定、高效运行具有重要意义。

静止同步补偿器(STATCOM)为并联型柔性交流输电装置，因其在无功功率补偿方面具有明显的优势，在电力系统中得到了广泛的应用。与传统的无功补偿装置相比，STATCOM具有调节连续、谐波小、损耗低、运行范围宽、可靠性高、调节速度快等优点。其中级联H桥STATCOM因其主电路设计简单，易于多电平设计及模块化技术得到了广泛应用。

然而，在中高电压等级场合，传统级联H桥STATCOM开关器件较多，结构较为复杂，成本和器件损耗较高。此外在中高压大功率场合，随着新能源装机容量的不断增大，会在并网时带来高次谐波，传统级联H桥STATCOM在补偿无功时难以同时补偿高次谐波；

传统级联H桥STATCOM多采用Si功率器件，开关频率较低，10kV等级的STATCOM，其器件的开关频率通常为1kHz以下，这样其损耗较低、效率较高，但低开关频率导致STATCOM难以补偿高次谐波。采用SiC功率器件可以工作在高开关频率状态，但并未增加开关损耗，一方面不影响工作效率，另一方面可有效补偿高次谐波。然而高压SiC功率器件成本较高，目前还不适合大规模工程应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种混合式级联SVG拓扑及其控制方法。

本发明采用如下技术方案：

一种混合式级联SVG拓扑，包括三相级联U-Cell单元，在临近星型连接点处连结一个带电容器的三相H桥式电路。其中U-Cell单元的开关管采用Si器件，三相H桥的开关管采用SiC器件，级联U-Cell单元采用低开关频率进行调制，三相H桥采用高开关频率进行调制。SVG三相桥臂通过电感连接至需要无功补偿的电力系统。

根据本公开的一个方面，一种混合式级联SVG拓扑结构，包括：三相级联U-Cell及三相H桥式电路，三相级联U-Cell分别包括A相级联U-Cell、B相级联U-Cell及C相级联U-Cell，每相级联U-Cell均包括多个U-Cell单元及一个半U-Cell单元，所述U-Cell单元包括一个极性电容和两个开关管，多个U-Cell单元的极性电容的极性为极性相反的关系，并且同一极性电容两端的两个开关管为开通与关断互补的关系，所述半U-Cell单元包括两个开关管；以及三相H桥式电路分别包括A相桥臂、B相桥臂及C相桥臂及一个电容器，每相桥臂均包括由开关管形成的上桥臂与下桥臂，每相桥臂的上桥臂的开关管的一端与下桥臂的开关管的一端连接，每相桥臂的上桥臂的开关管的另一端与下桥臂的开关管的另一端分别连接所述一个电容器的两端，A相桥臂的上桥臂与下桥臂的接点连接A相级联U-Cell的半U-Cell单元的两个开关管的接点，B相桥臂的上桥臂与下桥臂的接点连接B相级联U-Cell的半U-Cell单元的两个开关管的接点，C相桥臂的上桥臂与下桥臂的接点连接C相级联U-Cell的半U-Cell单元的两个开关管的接点。

根据本公开的一个实施方式，每相级联U-Cell的开关管为Si器件，并且三相H桥式电路的开关管为SiC器件。