[發明專利]一種鏈式靜止同步補償器的輪流充電啟動電路及控制方法

有效

• 申請號: 201110420818.5
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102447261A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 王軒;王柯;王清濤;鄭青青;趙瑞斌;王學軍;何維國;華斌
• 申請（專利權）人: 中電普瑞科技有限公司;中國電力科學研究院;上海市電力公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域：

本發明涉及電力電子領域，具體涉及一種鏈式靜止同步補償器的輪流充電啟動電路及控制方法。

背景技術：

STATCOM-靜止同步補償器(Static?Synchronous?Compensator)，是一種新型靜止無功動態補償裝置，由并聯接入系統的電壓源換流器構成，其輸出的容性或感性無功電流連續、可調且獨立于與系統連接點的電壓。它是以電壓源換流器(VSC)為核心，直流側采用直流電容器為儲能元件，利用可關斷器件將直流側電壓轉換成與電網同頻率的交流電壓，并通過連接電抗器并聯在電網上，適當地調節交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流，就可以使裝置吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。STATCOM可以等效地被視為幅值和相位均可以控制的一個與電網同頻率的交流電壓源。該裝置具有動態連續無功補償、調節速度快、調節范圍廣、欠壓下無功調節能力強、諧波含量小、功耗低的特點。

目前，STATCOM裝置多采用鏈式多電平拓撲結構，由若干個H橋鏈節模塊串聯而成，其鏈節模塊還包括與H橋結構并聯的電容器等元件。其中H橋結構包括兩個橋臂，每個橋臂包括上下兩個IGBT模塊，每個IGBT模塊由反并聯的IGBT和二極管構成。STATCOM正常運行的首要條件就是各級聯鏈節模塊的直流側電容電壓必須維持在一定幅值范圍之內，稱之為“直流側工作電壓”。直流側工作電壓不能過高，以免導致功率開關器件過壓損壞；直流側工作電壓也不能過低，以免STATCOM工作在不可控整流狀態而失去控制能力。STATCOM裝置的啟動就是指直流側電容電壓從0上升到直流側工作電壓的過程；當直流側電壓上升到其工作電壓范圍時，閉環電流和直流側電壓控制開始工作，直流側電容電壓逐漸趨于設定值，至此，裝置啟動充電過程結束，STATCOM進入正常運行狀態。

STATCOM裝置的并網啟動方式主要分為自勵啟動、半自勵啟動和他勵啟動3種方式。

自勵啟動是STATCOM裝置并網時，直流電容器上電壓為0，且并網后迅速投入變流器PWM脈沖驅動及閉環控制的啟動方式。在啟動初始階段，由于直流側電容電壓較低，即使有變流器PWM脈沖，變流器的IGBT中也沒有電流流過，而是其反并聯二極管導通，變流器處于不可控全橋整流狀態，其等效電路示意圖如附圖1所示，此時變流器的電流閉環控制失去作用；當直流側電壓上升到其工作電壓范圍，并且電流由最大值變到0之后，閉環電流和直流側電壓控制恢復正常工作，直流側電容電壓逐漸趨于設定值，至此，STATCOM裝置啟動過程結束，進入正常運行狀態。通過仿真計算，自勵啟動時的沖擊電流遠遠超過裝置最大電流限制。該啟動方式雖然簡單，但由于并網時刻產生很大的沖擊電流，因此，在實際裝置中很少采用。

他勵啟動是經過輔助整流器為STATCOM直流側電容充電，使其直流電壓達到工作電壓，然后投入IGBT驅動脈沖，此時STATCOM輸出交流電壓幅值、頻率及相位與電網電壓幅值、頻率及相位相等，然后合上并網開關，STATCOM投入正常運行。該方式并網時雖然沒有沖擊電流，但STATCOM控制不當時直流側會產生“泵升電壓”，而且當用H橋串聯的變流器實現較高交流電壓輸出的STATCOM時，需要高絕緣耐壓和低局放指標的隔離變壓器，使得啟動電路復雜程度增加，可靠性較低。

半自勵啟動常用有2種方法。第1種方法是先封鎖所有IGBT驅動脈沖，將直流電壓由多臺小容量的輔助整流器升高至正常工作電壓，然后并網，并網后即可解除IGBT脈沖封鎖，裝置投入閉環控制運行；此時沖擊電流小，但所需硬件電路復雜。第2種方法是像自勵啟動一樣在直流電容器上電壓為0時并網，但不投入控制脈沖，且在充電回路串入較大的限流電阻來抑制電容充電電流，當電容電壓不再上升時，短接限流電阻，解除IGBT脈沖封鎖，投入閉環控制運行。但其缺點為所需旁路開關容量很大。

發明內容：

針對現有技術的不足，本發明提供一種鏈式靜止同步補償器的輪流充電啟動電路及控制方法，以簡單的啟動電路，解決了靜止同步補償器并網時直流電容充電的技術難題。

本發明提供的一種鏈式靜止同步補償器的輪流充電啟動電路，所述鏈式靜止同步補償器包括N個串聯的結構完全相同的鏈節模塊；所述N個串聯的鏈節模塊與連接電感串聯后通過并網開關后與電網并聯；所述鏈節模塊包括并聯的H橋結構和電容；所述H橋結構包括兩個橋臂，每個橋臂包括兩個串聯的IGBT模塊；其改進之處在于，在所述交流電網和所述鏈式靜止同步補償器之間并聯所述輪流充電啟動電路；