[發明專利]一種基于電流分離補償的級聯型H橋型DSTATCOM裝置及分離補償的方法

有效

• 申請號: 201110458908.3
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102593841A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 許勝;李元貴;曹健;付煥森;趙小英;丁展;夏華鳳
• 申請（專利權）人: 泰州師范高等專科學校
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 泰州地益專利事務所 32108
• 代理人: 王楚云

技術領域

本發明涉及一種基于電流分離補償的級聯型H橋型DSTATCOM裝置，特別是用于配電網電能質量治理裝置—配電靜止無功補償器（distribution?static?synchronous?compensator，DSTATCOM）的拓撲結構和電流補償控制方法。

背景技術

級聯H橋型多電平變流器由于結構簡單、易于模塊化設計、開關負荷平衡及輸出電壓諧波小等優點而被廣泛應用于DSTATCOM等大功率變流裝置。但該結構存在由各功率單元電容能量變化差異及功率單元自身損耗所造成的直流側電容電壓的不平衡問題，嚴重影響了裝置輸出波形質量。為此，人們發展了許多直流側電容電壓均衡控制方案，其中外部能量交換法由于具有算法簡單獨立、響應速度快以及實時性強等優點在實際工程中被廣泛使用。

典型的外部能量交換法采用四象限整流器結合直流電容為各功率單元H橋逆變器提供了獨立的直流電源，主要優點在于：當H橋逆變器需要與電網交換有功功率時，如DSTATCOM輸出三相不平衡補償電流，裝置三相Y型接線方式或三角形接法時采用最大相電流最小化設計等方法時，該方案中獨立電源為能夠為逆變器提供有功能量傳輸通道；主要缺點是額外的電源設備增加了裝置整體成本和體積。

DSTATCOM為了抑制沖擊型、不對稱、非線性負荷對配電網造成的電壓波動與閃變、諧波以及三相不平衡等電能質量問題，補償電流中需要包含無功、負序和諧波分量。傳統的電流控制方案是補償電流全部由H橋逆變器承擔，而整流器僅承擔由負序補償電流引起的有功功率部分。因此，逆變器的容量將遠遠超過整流器容量。這樣，一方面，由于容量差異會增加器件選型的復雜性；另一方面，開關器件的價格通常隨著容量的增加成倍的增長。此外，對于基波正序無功補償電流來說，當該電流流經H橋逆變器時，會造成直流側能量2次脈動。為抑制該能量脈動造成的直流電壓波動，會進一步增加直流電容的容量。

發明內容

本發明提供了一種基于電流分離補償的級聯型H橋型DSTATCOM裝置，它的電容容量將隨著逆變器補償容量的下降而下降，不但進一步降低裝置的造價，減小功率單元的體積。

本發明采用了以下技術方案：一種基于電流分離補償的級聯型H橋型DSTATCOM裝置，其特征是它包括三相功率單元的級聯結構；三相功率單元的級聯結構采用Y型結構連接，以便實現三相電流的分相解耦控制；各功率單元采用AC-DC-AC的變流器結構，每個功率單元包括四象限整流器、直流電容C以及H橋逆變器，直流電容C左側為四象限整流器，通過多繞組變壓器隔離連接交流電網，四象限整流器結合直流電容C充當直流穩壓電源，起到對各功率單元直流電壓均衡控制的目的，四象限整流器提供輸出補償電流中的部分或全部基波正序無功補償電流；直流電容C右側為H橋逆變器，各單元H橋逆變器級聯后通過電抗L_s連接電網，H橋逆變器只承擔負序、諧波或部分無功補償任務；當裝置補償負序電流時，四象限整流器為H橋逆變器提供雙向有功能量流動通道。

本發明還公開了一種應用級聯型H橋型DSTATCOM裝置進行電流分離補償的方法，四象限整流器結合直流電容C充當直流穩壓電源，對各功率單元直流電壓均衡控制；當DSTATCOM裝置補償負序電流時，四象限整流器為H橋逆變器提供雙向有功能量流動通道；四象限整流器提供輸出補償電流中的部分或全部基波正序無功補償電流；H橋逆變器只承擔負序、諧波或部分無功補償任務。

本發明具有以下有益效果：本發明各單元整流器能夠及時響應直流有功負載的變化，并為其提供快速能量傳輸通道，穩定直流電壓；本發明優化配置裝置功率單元整流模塊和逆變模塊的容量，降低裝置的整體體積和造價；減小或消除裝置功率單元直流電容電壓脈動量，從而可以降低直流電容容量，進一步降低裝置的造價；較小的直流電壓脈動，使得折射到裝置輸出電壓中的諧波含量降低，能夠有效提高裝置尤其是諧波電流的補償效果；當裝置發生冗余度以內的功率單元H橋逆變器故障時，將該單元逆變器旁路退出運行后，整流器依然可以作為無功發生器對系統進行無功補償，從而提高了裝置利用效率。

附圖說明

圖1是Y型接線方式的三相級聯H橋型DSTATCOM單相主電路結構。

圖2是裝置各功率單元模塊的等效電路模型。

圖3是裝置功率單元整流器交流側穩態相量圖。

圖4是裝置功率單元H橋逆變器交流側基波穩態相量圖。

圖5是裝置輸出三相負序電流穩態相量圖。

具體實施方式