[發明專利]混合式級聯SVG拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 201910304211.7
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110212547B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 耿華;張承慧;趙晟凱;邢相洋;胡順全
• 申請（專利權）人: 清華大學;山東大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 方珉;李偉波

本公開提供了一種混合式級聯SVG拓撲結構及其控制方法，使用級聯U?Cell結構與三相H橋結構混用、SiC器件與Si器件混用，從而實現靈活高效、高性價比的無功補償和高次諧波治理功能。在三相級聯U?Cell單元臨近星型連接點處連結一個帶電容器的三相H橋式電路，其中三相H橋開關管采用SiC功率器件，高開關頻率進行調制，用以補償電網高次諧波；級聯U?Cell單元開關管采用Si功率器件，低開關頻率進行調制，用于補償電網無功功率和支撐基波電壓。相關控制主要用于SVG無功及高次諧波補償以及電容穩壓控制。

技術領域

本公開涉及一種混合式級聯SVG拓撲及其控制方法。

背景技術

電力系統中的無功與諧波具有增加電網損耗、降低功率因數、影響系統穩定性等一系列危害，是目前電能質量治理的主要問題。因此在國家建設堅強智能電網的背景下，開發一種高性能的無功補償諧波治理裝置，有效治理系統中的無功和諧波，對電網安全、穩定、高效運行具有重要意義。

靜止同步補償器(STATCOM)為并聯型柔性交流輸電裝置，因其在無功功率補償方面具有明顯的優勢，在電力系統中得到了廣泛的應用。與傳統的無功補償裝置相比，STATCOM具有調節連續、諧波小、損耗低、運行范圍寬、可靠性高、調節速度快等優點。其中級聯H橋STATCOM因其主電路設計簡單，易于多電平設計及模塊化技術得到了廣泛應用。

然而，在中高電壓等級場合，傳統級聯H橋STATCOM開關器件較多，結構較為復雜，成本和器件損耗較高。此外在中高壓大功率場合，隨著新能源裝機容量的不斷增大，會在并網時帶來高次諧波，傳統級聯H橋STATCOM在補償無功時難以同時補償高次諧波；

傳統級聯H橋STATCOM多采用Si功率器件，開關頻率較低，10kV等級的STATCOM，其器件的開關頻率通常為1kHz以下，這樣其損耗較低、效率較高，但低開關頻率導致STATCOM難以補償高次諧波。采用SiC功率器件可以工作在高開關頻率狀態，但并未增加開關損耗，一方面不影響工作效率，另一方面可有效補償高次諧波。然而高壓SiC功率器件成本較高，目前還不適合大規模工程應用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本公開提供了一種混合式級聯SVG拓撲及其控制方法。

本發明采用如下技術方案：

一種混合式級聯SVG拓撲，包括三相級聯U-Cell單元，在臨近星型連接點處連結一個帶電容器的三相H橋式電路。其中U-Cell單元的開關管采用Si器件，三相H橋的開關管采用SiC器件，級聯U-Cell單元采用低開關頻率進行調制，三相H橋采用高開關頻率進行調制。SVG三相橋臂通過電感連接至需要無功補償的電力系統。

根據本公開的一個方面，一種混合式級聯SVG拓撲結構，包括：三相級聯U-Cell及三相H橋式電路，三相級聯U-Cell分別包括A相級聯U-Cell、B相級聯U-Cell及C相級聯U-Cell，每相級聯U-Cell均包括多個U-Cell單元及一個半U-Cell單元，所述U-Cell單元包括一個極性電容和兩個開關管，多個U-Cell單元的極性電容的極性為極性相反的關系，并且同一極性電容兩端的兩個開關管為開通與關斷互補的關系，所述半U-Cell單元包括兩個開關管；以及三相H橋式電路分別包括A相橋臂、B相橋臂及C相橋臂及一個電容器，每相橋臂均包括由開關管形成的上橋臂與下橋臂，每相橋臂的上橋臂的開關管的一端與下橋臂的開關管的一端連接，每相橋臂的上橋臂的開關管的另一端與下橋臂的開關管的另一端分別連接所述一個電容器的兩端，A相橋臂的上橋臂與下橋臂的接點連接A相級聯U-Cell的半U-Cell單元的兩個開關管的接點，B相橋臂的上橋臂與下橋臂的接點連接B相級聯U-Cell的半U-Cell單元的兩個開關管的接點，C相橋臂的上橋臂與下橋臂的接點連接C相級聯U-Cell的半U-Cell單元的兩個開關管的接點。

根據本公開的一個實施方式，每相級聯U-Cell的開關管為Si器件，并且三相H橋式電路的開關管為SiC器件。