一种等效无功电池电路及其控制方法技术

一种等效无功电池电路及其控制方法，包括无功电池电路单元、等效元件、无功电池组结构三个部分。无功电池组结构，包括限流电感XL、n×m个无功电池电路单元、单相交流电网，所述n×m个无功电池电路单元包含m列串联支路，每列含n个串联的无功电池电路单元，m列串联支路并联后，一端接XL，另一端接单相交流电网的零线N，XL的另一端接单相交流电网的火线L。本发明专利技术一种等效无功电池电路及其控制方法，它既能提升补偿器的耐压能力，也适用于大容量、高精度和快速响应的无功控制场合，能够广泛应用于单相交流系统和三相交流系统。

Equivalent reactive battery circuit and control method thereof

The utility model relates to an equivalent reactive battery circuit and a control method thereof, which comprises three parts, a reactive battery circuit unit, an equivalent component, and a reactive battery pack structure. Reactive power battery pack structure, including the current limiting inductance XL, n * m reactive power battery circuit unit, single-phase AC power grid, the n * m reactive power battery circuit unit includes a m column series branch, reactive power battery circuit unit of each column containing N series, M series parallel connection, one end the zero line is connected to XL, the other end is connected with a single-phase AC power grid N, the other end is connected with a single-phase AC power line L XL. The invention relates to a reactive power battery equivalent circuit and its control method, it can enhance the ability of the compensator, is also suitable for large capacity, high precision and fast response of reactive power control applications, can be widely used in single-phase AC system and three-phase AC system.

【技术实现步骤摘要】
一种等效无功电池电路及其控制方法
本专利技术涉及无功补偿电路领域，具体是一种等效无功电池电路及其控制方法。
技术介绍
无功补偿是控制电网无功功率平衡的主要方式，也是保障电网安全、稳定和可靠运行的关键。目前，应用最为广泛的无功补偿设备包括静态无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(STATCOM)，随着负荷对电网电能质量要求的提升，STATCOM以其快速、高精度的特征优势必将成为未来无功控制技术主流。STATCOM是伴随全控性电力电子器件的产生而发展起来的，其特征优势主要基于全可控半导体开关的高速开关特性，但由于其耐压和通流能力差，也很大程度上限制了STATCOM的应用范围。典型STATCOM采用三相单桥臂六管结构，当其应用于高压大容量场合时，开关耐压能力受到极大的挑战，因此，近年来出现了链式或多电平的电路结构，对提升设备的无功补偿能力起到的积极的作用。日本学者提出了一种新型的无功补偿电路——磁能再生开关，采用全桥型电路结构，采用较小的直流侧电容与同步控制法，实现的较宽范围内的连续无功功率补偿，且适用于单相和三相交流系统。
技术实现思路
基于当前无功补偿技术的发展，本专利技术提出了一种等效无功电池电路及其控制方法，它既能提升补偿器的耐压能力，也适用于大容量、高精度和快速响应的无功控制场合，能够广泛应用于单相交流系统和三相交流系统。本专利技术采取的技术方案为：一种无功电池电路单元，所述无功电池电路单元包括：4只全控型半导体开关T1～T4，4只电力二极管D1～D4，4只直流电容器C1～C4；4只全控型半导体开关T1～T4分别与4只电力二极管D1～D4反向并联，构成4组Ti-Di半导体开关模块，i＝1,2,3,4；T1-D1与T3-D3串联构成串联支路，其连接点为端点A；T2-D2与T4-D4串联构成串联支路，其连接点为端点B；然后两串联支路并联，连接点分别为M和N；4只直流电容器C1～C4，先按C1与C3串联且C2与C4串联，连接点分别为P和Q，然后两支路并联，连接点为M和N，再将P和Q点直接相连。一种无功电池电路单元，该电路等效为可调电容器CV。一种无功电池电路单元，该电路整体呈现为双环路菱形，外环菱形由4组半导体开关模块Ti-Di，i＝1,2,3,4，通过串并联构成，内环菱形由4只直流电容器C1～C4串并联构成。一种无功电池电路单元，4只全控型半导体开关T1～T4为MOSFET或IGBT。一种无功电池组结构，包括限流电感XL、n×m个无功电池电路单元、单相交流电网，所述n×m个无功电池电路单元包含m列串联支路，每列含n个串联的无功电池电路单元，m列串联支路并联后，一端接XL，另一端接单相交流电网的零线N，XL的另一端接单相交流电网的火线L。一种无功电池组结构，各列所含的n个电池单元与各行所含的m个电池单元均可根据应用需求，自由选择数量，n越大，电池组耐压能力越高；m越大，电池组无功补偿容量就越大。一种等效无功电池电路控制方法，该电路可工作于三种模式：充电模式①和②，电流路径分别为：端点A→电力二极管D1→等效电容Cdc→电力二极管D4→端点B、和端点B→电力二极管D2→等效电容Cdc→电力二极管D3→端点A；放电模式③和④，电流路径分别为：端点A→全控型半导体开关T3→等效电容Cdc→全控型半导体开关T2→端点B、和端点B→全控型半导体开关T4→等效电容Cdc→全控型半导体开关T1→端点A；旁路模式⑤和⑥，电流路径分别为：端点A→电力二极管D1→等效电容Cdc→全控型半导体开关T2→端点B、和端点B→电力二极管D2→等效电容Cdc→全控型半导体开关T1→端点A；通过改变4只全控型半导体开关T1～T4的开关状态，即可控制电容Cdc的充放电过程，以获得不同的无功功率输出效果。一种等效无功电池电路控制方法，高频斩波控制是通过控制4只全控型半导体开关T1～T4的导通次序及脉冲信号的宽度，使电容Cdc以较高的频率充放电，从而产生变化的容性无功；A、B端的输出电压波形分别为UAB1和UAB2；低频同步控制是以电网频率为参考，对4只全控型半导体开关T1～T4进行同步控制，使Cdc的充放电路径与电网电压同步切换，从而产生固定的容性无功，A、B端输出电压的正半周与UCdc相同，负半周与UCdc相反；低频相移控制与低频同步控制相似，仅开关切换时刻延迟一定的相位角，产生变化的容性无功，A、B端输出电压的正半周导通时段与UCdc相同，负半周导通时段与UCdc相反。一种无功电池组结构，在三相电网中的应用。本专利技术一种等效无功电池电路及其控制方法，有益效果如下：1)、本专利技术提出了一种等效无功电池电路，可通过多个单元的串并联，实现高电压、大电流和大容量的补偿场合，不仅适用于负荷侧，也适用于变电站的无功补偿，可以被广泛应用于电力系统中；(2)、本专利技术所述无功电池电路的直流侧，串并联4只直流电容，虽然增加了电容数量，但与同等条件下的STATCOM相比，各电容的电容量减小了至少100倍，且其按H桥连接有利于提高直流侧的母线电压；3)、本专利技术所述无功电池电路，提供了三种控制方法，它们适用于不同的控制条件和目的，能够满足快速、高精度和大容量等现代无功补偿器的技术要求。附图说明图1(a)为本专利技术的无功电池电路单元图。图1(b)为本专利技术的等效电路图。图1(c)为本专利技术的无功电池组结构电路图。图2(a)为本专利技术的无功电池组结构等效电路图。图2(b)为本专利技术的无功电池电路的电流路径图。其中分别标记为：充电模式①和②、放电模式③和④、旁路模式⑤和⑥。图3(a)为本专利技术的无功电池电路的工作波形图(含双倍电网频率的正弦脉波)。图3(b)为A端的输出电压波形图UAB1。图3(c)为B端的输出电压波形图UAB2。图4(a)为等效无功电池电路在三相电网中的星形接法图。图4(b)为等效无功电池电路在三相电网中的三角形接法图。具体实施方式一种等效无功电池电路，如图1所示，包括无功电池单体(ReactivePowerBatteryCell，RPBC)、等效元件、无功电池组结构三个部分，各部分的结构分别阐述如下：一种无功电池电路单元，包含4只全控型半导体开关、4只电力二极管和4只直流电容器，如图1(a)所示；4只全控型半导体开关(如：MOSFET或IGBT)T1～T4，分别与4只电力二极管D1～D4反向并联，构成4组Ti-Di(i＝1,2,3,4)半导体开关模块；T1-D1与T3-D3串联构成串联支路，其连接点为端点A，T2-D2与T4-D4串联构成串联支路，其连接点为端点B，然后两串联支路并联，连接点分别为M和N；图1(a)中的4只电容器先按C1与C3串联且C2与C4串联，连接点分别为P和Q，然后两支路并联，连接点为M和N，再将P和Q点直接相连。(2)、图1(a)中的无功电池电路单元可等效为图1(b)所示的可调电容器CV，接入单相交流电网中的无功电池组结构如图1(c)所示，包括限流电感XL、n×m个无功电池电路单元、单相交流电网组成。RPBCs组包含m列串联支路，每列含n个串联的RPBC单元，m列串联支路并联后，一端接XL，另一端接单相交流电网的零线N，XL的另一端接单相交流电网的火线L。(3)、上述无功电池电路单元，整体呈现为双环路菱形，外环菱形由4组半导体开关模块通过串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无功电池电路单元，其特征在于：所述无功电池电路单元包括：4只全控型半导体开关T1～T4，4只电力二极管D1～D4，4只直流电容器C1～C4；4只全控型半导体开关T1～T4分别与4只电力二极管D1～D4反向并联，构成4组Ti‑Di半导体开关模块，i＝1,2,3,4；T1‑D1与T3‑D3串联构成串联支路，其连接点为端点A；T2‑D2与T4‑D4串联构成串联支路，其连接点为端点B；然后两串联支路并联，连接点分别为M和N；4只直流电容器C1～C4，先按C1与C3串联且C2与C4串联，连接点分别为P和Q，然后两支路并联，连接点为M和N，再将P和Q点直接相连。

【技术特征摘要】
1.一种无功电池电路单元，其特征在于：所述无功电池电路单元包括：4只全控型半导体开关T1～T4，4只电力二极管D1～D4，4只直流电容器C1～C4；4只全控型半导体开关T1～T4分别与4只电力二极管D1～D4反向并联，构成4组Ti-Di半导体开关模块，i＝1,2,3,4；T1-D1与T3-D3串联构成串联支路，其连接点为端点A；T2-D2与T4-D4串联构成串联支路，其连接点为端点B；然后两串联支路并联，连接点分别为M和N；4只直流电容器C1～C4，先按C1与C3串联且C2与C4串联，连接点分别为P和Q，然后两支路并联，连接点为M和N，再将P和Q点直接相连。2.根据权利要求1所述一种无功电池电路单元，其特征在于：该电路等效为可调电容器CV。3.根据权利要求1所述一种无功电池电路单元，其特征在于：该电路整体呈现为双环路菱形，外环菱形由4组半导体开关模块Ti-Di，i＝1,2,3,4，通过串并联构成，内环菱形由4只直流电容器C1～C4串并联构成。4.根据权利要求1所述一种无功电池电路单元，其特征在于：4只全控型半导体开关T1～T4为MOSFET或IGBT。5.一种无功电池组结构，其特征在于：包括限流电感XL、n×m个无功电池电路单元、单相交流电网，所述n×m个无功电池电路单元包含m列串联支路，每列含n个串联的无功电池电路单元，m列串联支路并联后，一端接XL，另一端接单相交流电网的零线N，XL的另一端接单相交流电网的火线L。6.根据权利要求5所述一种无功电池组结构，其特征在于：各列所含的n个电池单元与各行所含的m个电池单元均可根据应用需求，自由选择数量，n越大，电池组耐压能力越高；m越大，电池组无...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏业文，曹斌，李应智，刘国特，程江洲，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42