[发明专利]基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器

说明书

本发明涉及一种基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器，包括串联在一起的对称飞跨电容器模块和耦合电感器；所述对称飞跨电容器模块包括三组串联在一起的模块单元组成；所述模块单元包括第一开关对组、第二开关对组和第三开关对组组成，所述第一开关对组与第二开关对组间设有第一单极性电容，所述第二开关对组和第三开关对组件设有第二单极性电容；所述第一开关对组、第二开关对组和第三开关对组、第一单极性电容、第二单极性电容串联连接。该种基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器提高逆变器的效率，减少使用开关器件数量，损耗少并降低系统散热要求，同时保持系统的模块化和可扩展性。

技术领域

本发明属于静态补偿器技术领域，具体涉及一种基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器。

背景技术

基于多电平逆变器的静态补偿器在控制电网电压以及调节电网无功功率方面发挥着至关重要的作用。逆变器输出电压的质量与逆变器的输出电平数量密切相关，较多的电平数量不但使输出波形更加平滑，可以有效降低电磁干扰，减少谐波含量，在实际应用中还能增加系统的可靠性。

目前，级联多电平拓扑结构在静态补偿器上得到广泛应用，但由于该结构需要使用大量的开关器件，导致系统架构和控制的复杂性增加，从而影响系统效率和可靠性。为了减少开关电器数量，级联H桥多电平拓扑结构比中性点钳位拓扑多电平拓扑以及飞跨电容器多电平拓扑使用更少的开关数量而得到重视，但将其应用到三相系统中，架构和控制同样复杂；模块化的设计同时可以使用设置冗余模块的方式提高系统的可靠性，在部分模块故障的情况下系统仍然可以运行，从而最终提高电力系统的可靠性。其中级联的拓扑根据其电压大小，可以对称或不对称设置，在大多数不对称结构中，不同单元的功率完全不同，由于非对称配置导致功率分配不均衡，模块单元不易于更换，对于高功率应用环境，该种方式具有较大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器，提高逆变器的效率，减少使用开关器件数量，损耗少并降低系统散热要求，同时保持系统的模块化和可扩展性。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：基于混合开关的级联对称飞跨电容器式拓扑静态补偿器，包括串联在一起的对称飞跨电容器模块和耦合电感器；

所述对称飞跨电容器包括三组串联在一起的模块单元组成；

所述模块单元包括第一开关对组、第二开关对组和第三开关对组组成，所述第一开关对组与第二开关对组间设有第一单极性电容，所述第二开关对组和第三开关对组件设有第二单极性电容；所述第一开关对组、第二开关对组和第三开关对组、第一单极性电容、第二单极性电容串联连接；

所述第一开关对组为IGBT模块，所述第二开关对组为IGCT模块，所述第三开关对组为IGBT模块。

进一步的，所述对称飞跨电容器的三组模块单元中的第一单极性电容和第二单极性电容统称为C_mj，其中m∈{1,2,3}表示模块的编号，j∈{1,2}是模块中的电容器编号；所述对称飞跨电容器模块输出电压v_m的动态性能如式(1)；

其中，所述S_j是开关状态，V_Cmj为电容电压。

更进一步的，两个开关对组之间压差V_Cmj和总输出电压电平数N_levels之间的关系如式(2)和式(3)：

N_levels＝(2j+1)+4(m-1) (3)

开关S_m1,和S_m(j+1),的电压应力等于一个直流电压，而中间开关对组上的电压应力等于两倍直流电压。