[發明專利]一種中高壓直掛式靜止同步無功補償器主電路拓撲結構

有效

• 申請號: 201410075640.9
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103840474A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 王志冰;姚良忠;遲永寧;王曉弘;李琰;呂鳴鏑;孫蔚;吳婧;趙琳;王真;湯海雁;張占奎;魏林君;蘇媛媛
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院;中電普瑞張北風電研究檢測有限公司;江蘇省電力公司;國網黑龍江省電力有限公司
• 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

本發明涉及一種拓撲結構，具體講涉及一種中高壓直掛式靜止同步無功補償器主電路拓撲結構。

背景技術

無功補償對于交流電力系統來講意義重大，無功功率的平衡直接影響電力系統的安全、穩定及經濟運行。適當的無功功率補償可以解決電力系統在不同運行模式下由于無功不足和無功過剩帶來的過電壓及系統穩定等問題。

固定式無功補償裝置和相控型動態無功補償裝置是現階段發展最為成熟的兩種無功補償方式，但由于目前系統中高速鐵路、大量非線性負荷以及有源負荷的引入，系統潮流劇烈變化，要求系統無功響應更加迅速，且具備良好諧波濾除功能，常規的基于電容器或電抗器投切的固定無功補償方式由于存在無功補償線性度欠佳，且有可能引起系統諧波放大及過電壓等問題，已無法滿足當前無功迅速響應及交流系統動態穩定運行需求。

基于電壓源換相的靜止同步補償器（STATCOM）是近年來迅速發展的一種同時具備無功補償和諧波抑制的新型裝置，該補償器在國外已經相當成熟，但在國內還沒有實現關鍵技術的突破，主要是應用在中高壓領域的變換器拓撲技術，現階段已實現工程化的STATCOM主電路拓撲一般是帶有工頻變壓器的設計方式，該方式存在設備投資大、占地多、成本高以及生產周期長等問題。另外存在一種基于級聯多電平的拓撲結構，該結構存在器件投資大、控制相對較復雜等問題，且目前應用電壓等級較低，一般為10kV及以下。

現階段由于大規模新能源電力的注入，功率的波動性及隨機性較強，系統備用無功容量不足，電能質量問題以及系統電壓穩定問題逐漸外延到交流傳輸網，嚴重影響大系統的穩定運行，甚至有可能導致大規模新能源電站的高低電壓脫網事故。因此應用于中高壓領域的大容量快速動態同步無功補償器的主電路拓撲問題尤顯突出。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補償器主電路拓撲結構，該無功補償器與傳統無功補償器相比，不僅可以實現無功電壓支撐、諧波污染治理以及功率振蕩阻尼等功能，而且無需輸入變壓器，可直掛中高壓交流電網，輸出波形質量好、開關動作頻率低、所需開關器件數量相對較少、直流電壓利用率高以及可抑制直流側故障電流等特點，可以減少交流側濾波器數量，降低補償器的前期投入成本，降低補償器的控制復雜度，提高無功補償器的能量轉換效率，提高無功補償器的故障生存能力，提升無功補償器的單位利用率以及擴大無功補償器的應用場合和作用。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種中高壓直掛式靜止同步無功補償器主電路拓撲結構，所述拓撲結構包括單相變換電路、公共直流母線電路、換流電抗器和啟動電路；所述單相變換電路與公共直流母線電路并聯，并聯后輸出端連接換流電抗器，換流電抗器通過啟動電路接入交流電網。

所述單相變換電路包括A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路；所述A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路均包括上橋臂和下橋臂。

所述上橋臂和下橋臂均包括依次連接的波形發生電路、環流抑制電抗器和切換開關電路。

A相變換電路、B相變換電路和C相變換電路中的上橋臂和下橋臂對稱分布，上橋臂的波形發生電路一端連接，形成公共直流母線正極，下橋臂的波形發電路一端連接，形成公共直流母線負極，上/下橋臂的波形發生電路的另一端連接環流抑制電抗器，環流抑制電抗器的另一端連接切換開關電路，切換開關電路的另一端連接換流電抗器。

所述上橋臂的波形發生電路工作于正半周期，下橋臂的波形發生電路工作于負半周期，上/下橋臂的波形發生電路均采用正弦波作為調制波；

所述波形發生電路由N個相同或不同標準的功率模塊串聯而成，輸出相電壓電平階梯數為2N+1，功率模塊的首末兩端分別為波形發生電路的輸入端和輸出端；

所述功率模塊輸出的電平階梯包括正電平、負電平和零電平，不同標準的功率模塊輸出幅值相同或不同的電平階梯。

所述功率模塊包括IGBT₁、IGBT₂、IGBT₃、IGBT₄和直流側電容器C；所述IGBT₁與IGBT₂、IGBT₃與IGBT₄分別串聯后，再分別與直流側電容器C并聯，所述IGBT₁與IGBT₂的公共端及IGBT₃與IGBT₄的公共端分別為該功率模塊的輸入端或輸出端；