[发明专利]一种基于模块化多电平抑制电容电压脉动的STATCOM装置

摘要

本发明提供一种基于模块化多电平抑制电容电压脉动的STATCOM装置，包括直接通过连接电感并联在公共节点的STATCOM系统，所述STATCOM系统包括桥臂相A、桥臂相B、桥臂相C和桥臂相D；本发明基于MMC拓扑，但消除了MMC的直流母线电压，消除了直流侧公共母线短路的隐患，提高了装置的安全性；使用低压小容量电容抑制了桥臂相上、下桥臂电容电压的低频脉动，从而促成使用更小的子模块电容，降低了系统成本且减小了装置体积；由缓冲电感替代开关器件桥臂相，电容和开关器件数目降为常规结构的3/4，从而显著减低装置成本和体积，降低了系统损耗；且本发明的相桥臂的应用不仅仅局限于无功补偿的应用场合，能够替代现有采用级联H桥多电平拓扑装置的相桥臂。

主权项

1.一种基于模块化多电平抑制电容电压脉动的STATCOM装置，其特征在于：包括直接通过连接电感并联在公共节点的STATCOM系统，所述STATCOM系统包括桥臂相A、桥臂相B、桥臂相C和桥臂相D；所述桥臂相A、桥臂相B、桥臂相C由开关器件构成，分别与电网的A、B、C相连接，形成无功电流和负序电流的补偿通道；所述桥臂相D由两个电感组成，与电网的中性点连接，形成零序电流补偿通道，以实现电网或负载不平衡下的全电流补偿；所述STATCOM系统中的所述桥臂相A、所述桥臂相B和所述桥臂相C的结构相同，且桥臂相A、桥臂相B和桥臂相C均由上桥臂和下桥臂串联组成；所述上桥臂由多个半桥子模块依次首尾串联形成上、下两端口电路，所述下桥臂和所述上桥臂的结构相同，且所述下桥臂的下端口连接所述上桥臂的下端口共同组成一个桥臂相，即，所述上桥臂的结构旋转180度作为下桥臂与上桥臂顺接；所述上桥臂和下桥臂分别包含2N个子模块，N为非负整数；所述上桥臂和下桥臂的连接点两边各串联一个相同的缓冲电感；所述桥臂相A、桥臂相B、桥臂相C、桥臂相D一端通过正的公共直流母线P连接，其另一端通过负的公共直流母线N连接；所述桥臂相A、桥臂相B、桥臂相C的中点引出端与电网连接，作为补偿电流的通道，桥臂相D的中点通过一个交流通道与电网中性点连接；所述交流通道由无源元件组成；所述STATCOM系统的公共直流母线P和公共直流母线N间的电势差为零；每个桥臂相的上桥臂和下桥臂合成电压表示为：其中，V_C为一个桥臂的所有子模块电容电压之和，ω₀是工频角频率，则公共直流母线P和N的电压为u_PN：u_PN＝u_U+u_L＝0             (3)其中，u_U、u_L分别为上桥臂和下桥臂的合成电压；所述桥臂被等分为上、下两个子桥臂，每个子桥臂包含N个子模块，桥臂相的上桥臂中上、下子桥臂中点与下桥臂的上、下子桥臂中点通过连接电容连接，形成能量通道；所述STATCOM系统，根据ip‑iq方法计算所需补偿的无功电流、负序电流和零序电流的指令值，再计算MMC按指令电流输出补偿电流所对应的变换器端口电压，采用载波移相调制策略合成所要求的端口输出电压。