[發明專利]混合級聯多電平靜止同步補償裝置和風電機組供電系統

有效

• 申請號: 201210142237.4
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN103390896A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 于建軍;李松強;武磊;路群;白宇
• 申請（專利權）人: 華銳風電科技（集團）股份有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/16
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 張紅

技術領域

本發明涉及電氣控制技術，尤其涉及一種混合級聯多電平靜止同步補償裝置和風電機組供電系統。

背景技術

風力發電是通過風電機組將風能轉換為電能的能源利用技術，是目前新能源開發領域中發展最快和最具潛力的“綠色能源”。

由于風能作為一種間歇性能源，具有很大的隨機性和不可控制性，因此，風電機組在向電網輸出電能的并網過程中，風電機組的輸出電壓波動較大，功率因數較低，并會產生大量諧波，因此造成輸出電能的質量較差。

為改善風電機組的輸出電能的質量，可在風電機組的輸出線路上并聯靜止無功發生器（Static?Var?Generator，簡稱SVG）作為同步補償裝置，通過SVG向風電機組的輸出線路中吸收或者向發出滿足要求的無功功率，實時補償風電機組輸出的感性或容性無功功率，以對風電機組進行無功補償，以減小風電機組輸出電壓的波動，提高風電機組輸出電能質量。

不同功率等級的風力發電機組，需要不同容量的SVG，通過提高SVG中功率器件的導通或關斷頻率（也稱開關頻率），可增加SVG的容量，但是，功率器件的開關頻率受其本身的性質的制約，不能無限制的提高，并且提高功率器件的開關頻率同時也增加了功率器件的損耗，因此，現有SVG存在降低功率器件的開關頻率與提高裝置容量的矛盾，不能滿足兆瓦級大功率的風電機組的應用要求。

發明內容

本發明的第一個方面是提供一種混合級聯多電平靜止同步補償裝置，以解決降低功率器件的開關頻率與提高裝置容量的矛盾。

本發明提供的混合級聯多電平靜止同步補償裝置，包括：

第一H橋功率單元，所述第一H橋功率單元包括兩個并聯的橋臂，其中，兩橋臂并聯后的兩端與一第一電容并聯，每個所述橋臂包括兩個串聯的門極可關斷晶閘管，每個所述門極可關斷晶閘管的陰極和陽極之間并聯一第一二極管，引出兩橋臂的中點作為輸出端；

第二H橋功率單元，所述第二H橋功率單元包括兩個并聯的橋臂，其中，兩橋臂并聯后的兩端與一第二電容并聯，每個所述橋臂包括兩個串聯的絕緣柵雙極型晶體管，每個所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極和發射極之間并聯一第二二極管，引出各橋臂的中點作為輸出端；

所述第一H橋功率單元的輸出端與所述第二H橋功率單元的輸出端級聯，以使輸出的電壓為所述第一H橋功率單元與所述第二H橋功率單元輸出電壓的疊加。

本發明的另一個方面是提供一種風電機組供電系統，該供電系統包括：包括風電機組，所述風電機組的輸出端連接有三相輸出線路，所述風電機組的每相輸出線路中分別連接一本發明實施例提供的同步補償裝置；

各所述同步補償裝置與各相對應輸出線路之間分別串聯有旁路開關和電抗器。

本發明提供的混合級聯多電平靜止同步補償裝置，第一H橋功率單元中作為功率器件的GTO和第二H橋功率單元中作為功率器件的IGBT的具有不同的特性，第一H橋功率單元的GTO具有低頻高耐壓的特性，第二H橋功率單元中的IGBT具有高頻低耐壓的特性，第一H橋功率單元和第二H橋功率單元中功率器件的特性互補，組成混合級聯的電路結構，可較好地解決降低功率器件開關頻率和提高同步補償裝置容量的矛盾，該種結構的同步補償裝置，級聯的第一H橋功率單元和第二H橋功率單元的數量越多，最后輸出電壓的電平數越多，電平數越多，輸出電壓的總諧波畸變率越小，使最后輸出的電壓波形更容易接近正弦波，可輸出大電壓且諧波含量較少的電壓波形。

并且，通過增加級聯的第一H橋功率單元和第二H橋功率單元的數量，可等效的提高該同步補償裝置中功率器件的開關頻率，減小功率器件的電壓波動應力以降低功率器件的損耗。該同步補償裝置可應用于各種類型的供電系統中時，尤其適用于兆瓦級大功率的風電機組的供電系統中，以滿足大功率的風電機組的應用要求。

附圖說明

圖1為本發明實施例所提供的混合級聯多電平靜止同步補償裝置的電路圖；

圖2為本發明實施例所提供的風電機組供電系統的電路圖；

圖3為本發明實施例所提供的風電機組供電系統中旁路開關的電路圖。

具體實施方式

本發明實施例提供了一種混合級聯多電平靜止同步補償裝置，該同步補償裝置包括第一H橋功率單元和第二H橋功率單元。

所述第一H橋功率單元包括兩個并聯的橋臂，其中，兩橋臂并聯后的兩端與一第一電容并聯，每個所述橋臂包括兩個串聯的門極可關斷晶閘管，每個所述門極可關斷晶閘管的陰極和陽極之間并聯一第一二極管，引出兩橋臂的中點作為輸出端。