[发明专利]一种基于MMC的无变压器STATCOM拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MMC(Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器的无变压器STATCOM拓扑。

背景技术

在电力系统中，无功功率是影响电压稳定的一个重要因素，它关系到整个电力系统能否安全稳定的运行，无功补偿是保证电力系统高效可靠运行的有效措施之一。

全国范围内的配电网改造正在全面开展，解决目前电网尤其是低压城网和农网有功功率损耗大、压降大的最切实可行的办法就是采用高性能的无功功率补偿装置，就地补偿负载的感性无功功率，减少无功功率在线路上的传输，降低输配电设备上的有功功率损耗和电压降落，提高系统的输配电能力。静止同步补偿器(STATCOM)具有非常广阔的应用前景和巨大的市场潜力。现有技术中的无功补偿装置都是直流电压逆变成三相交流电经过变压器后送入电网，具有变压器的设计方式，使设备投资大、占地多，成本高，生产周期长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MMC的无变压器STATCOM拓扑结构，该结构不需要传统STATCOM并网侧的变压器，从而达到降低成本，节省空间，结构简单的目的。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于MMC的无变压器STATCOM拓扑结构，其特征在于，由三相组成，每相由多个modular multilevel converte模块化多电平逆变器的标准功率单元串联组成，经串联后的标准功率单元一端接在一起，另一端与电感相连接；电感连接充电电阻，充电电阻并联一个开关后，再通过另一个开关接入电网。

所述的标准功率单元为半桥结构，两个IGBT串联，再并联一个直流电容。

所述的标准功率单元通过充电电阻及电容供电，提供标准功率单元直流侧电压。

与现有技术相比，本发明的新颖性和创造性体现在：

1，无变压器配置，使得设备成本降低1/2。

2，无变压器配置，使得设备体积减少1/2。

3，无变压器配置，使得设备重量减少1/2。

4，无变压器配置，使得设备制造周期减少1/2。

5，无变压器配置，省掉了承载变压器的结构与空间。

6，无变压器配置，省掉了连接变压器的高压电缆。

7，每个功率单元只有两个IGBT，大大减少了单元体积与成本。

附图说明

图1是基于MMC的无变压器STATCOM拓扑结构图；

图2是标准功率单元结构图；

图3-1是功率单元输出状态为0状态的电流流向图；

图3-2是功率单元输出状态为0状态的电流流向图；

图4-1是功率单元输出状态为1状态的电流流向图；

图4-2是功率单元输出状态为1状态的电流流向图。

具体实施方式

见图1，一种基于MMC的无变压器STATCOM拓扑结构，由三相组成，采用星型连接方式。每相由n个modular multilevel converte模块化多电平逆变器的标准功率单元串联组成，经串联后的标准功率单元一端接在一起，另一端与电感L相连接；电感L连接充电电阻R，充电电阻R并联开关K2后，再通过另一个开关K1接入电网。标准功率单元通过充电电阻R及电容C(见图2)供电，提供标准功率单元直流侧电压。

见图2，逆变器的标准功率单元由两个开关器件IGBT和直流侧电容C组成，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并以直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别并联一个反接二极管D1、D2。开关器件IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。

本拓扑通过对标准功率单元开关器件导通与关断的控制，实现对电网无功功率的补偿，提高电网质量。控制IGBT的栅极电压使其导通或者关断，可以使单元具有不同的电路状态。定义IGBT1关断，IGBT2导通为单元的0状态，此时电流可以经IGBT2正向流过(图3-1)，也可以经并联二极管D2反向流过(图3-2)。定义IGBT1导通，IGBT2关断为单元的1状态，电流可以流经二极管D1(图4-1)，此时电容充电；也可以流经IGBT1(图4-2)，此时电容放电。

该拓扑利用MMC功率单元串联，不需要变压器直接并入电网，省掉了变压器以及相关的风机，高压电缆，辅助电路和承载变压器的结构与空间。