[实用新型]基于三电平H桥级联的静止同步补偿器及电压源逆变模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力系统柔性交流输电(FACTS)技术领域，特别涉及一种基于三电平H桥模块级联的静止同步无功功率补偿器。

背景技术

近年来，节能减排、资源节约成了各国普遍关注的问题，电能作为应用最为广泛、最贴近工业生产与人民生活的能源，其生产、输送和使用的各个环节的节能、高效运行成为了人们关注的焦点。应用电力电子技术队电力系统主要参数进行调节与控制，来提高电力系统的可控性、有效性和可靠性的FACTS技术得到了广泛的应用与研究。

基于电压源逆变器的静止同步补偿器(STATCOM，Static Synchronous Compensator)，与传统的晶闸管控制的静止无功功率补偿装置SVC相比具有以下优点：(1)STATCOM调节速度快，补偿范围宽，抗电网波动能力强；(2)采用多电平和PWM技术后可大大减少补偿电流中的谐波含量，噪音小；(3)所用电容器和电抗器体积小，降低了设备体积和成本。

目前，STATCOM的主电路主要包括三种结构，即多重化结构、多电平结构和链式结构。其中多重化结构以三相大功率电压源换流器为核心，电容器上的直流电压通过逆变产生相位差若干度的方波电压，经过多重化变压器的电磁耦合，在输出端产生三相阶梯波电压，以减小输出谐波。此方法中三相共用一个直流电压，无法进行分相控制，并且变压器损耗大、成本高、占地面积大。多电平结构是采用钳位二极管或电容构成的多电平结构，次结构动态性能好，输出电流谐波少，结构紧凑。但是，当电平超过五后，系统控制复杂度大大升高，而且难以实现电容电压平衡控制。链式结构STATCOM每一相都是一个独立的链，由N个结构完全相同的逆变单元组成。此结构有输出谐波电流小，占地面积少，响应时间短，无功补偿范围宽，易维护，易扩展，成本低等优点，已经成为国内外专家研究的焦点，并逐步应用到高压输电网中。

链式STATCOM的核心部分是模块化的电压源逆变器，传统的链式结构模块由两电平H桥模块组成。此方式结构简单、易实现，但是在电压等级高的情况下两电平H桥串连模块多，这既增加了装置的体积，也增加了控制系统的难度。针对这一缺点本实用新型提出了一种三电平H桥级联的STATCOM，设备在相同电压等级和开关管的情况下，串联模块少、体积小、降低控制系统复杂度、增加了设备可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有的级联STATCOM的不足，对于高压系统串联模块多的缺陷，提供一种由三电平H桥模块级联的STATCOM，此拓扑结构的单个模块耐压等级高，体积小，输出电流谐波少。

根据本实用新型的一个方面，提供一种电压源逆变模块，包括依次连接的旁路开关电路、三电平H桥、直流侧电容电压放电回路，其中：

所述旁路开关电路用于实现保护功能，所述旁路开关电路并联在所述三电平H桥的交流输出侧，

所述三电平H桥用于完成电压源逆变模块的直流到交流的逆变功能，所述三电平H桥包括两个二极管钳位的三电平桥臂、以及由两个直流侧储能电容器C₁、C₂构成的电容器组，两个二极管钳位的三电平桥臂和电容器组并联连接，两个三电平桥臂的阳极均与电容器组的正极相连，两个三电平桥臂的阴极均与电容器组的负极相连，两个三电平桥臂的中性点均与电容器组的中性点相连，两个三电平桥臂的中点构成交流输出点；

所述直流侧电容电压放电回路用于完成直流侧储能电容器电压过高、直流侧储能电容器电压不均衡、电压源逆变模块紧急或正常退出时的直流侧储能电容器放电，所述直流侧电容电压放电回路包括全控型器件T₉、T₁₀和放电电阻R₁、R₂，全控型器件T₉、放电电阻R₁串联后并联在直流侧储能电容器C₁两端，全控型器件T₁₀、放电电阻R₂串联后并联在直流侧储能电容器C₂两端。

优选地，所述三电平H桥包括由全控型器件构成的桥臂。

优选地，所述全控型器件为绝缘栅双极晶体管、门极换流晶闸管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、或电力场效应晶体管。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种基于三电平H桥级联的单相链式静止同步补偿器，包括串联的多个权利要求1至3中任一项所述的电压源逆变模块。