基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器制造技术

本实用新型专利技术基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括由若干个模块单元级联组成的多种单相和三相主功率电路，以及若干条与主功率电路相并联的由电感和电容串联构成的支路。其优点在于：所提出的新型静止无功补偿器既具有SVG动态响应速度快，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻等一系列优点，也具有SVC控制简单，价格便宜的优点。该新型静止无功补偿器电路主要以能量单方向传输的可控整流器电路为基础构成，与混合级联变流电路并联联接的若干条由电感与电容串联构成的支路，既可以提供超前的基波无功功率，又可以滤除低次谐波，通过控制混合级联变流电路的输入电流，就可以实现为系统提供连续可调的无功功率，并抑制或消除电网电流谐波。

【技术实现步骤摘要】
基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器
本技术涉及电力系统静止无功补偿器的新型构造方法，属于电能质量控制技术中动态无功补偿控制

技术介绍
随着电力电子装置的应用日益广泛，以及电力系统非线性负载的大量接入，供电电能质量问题日显突出，因此近年来，以电力电子变流器为核心的电能质量控制技术引起越来越多的关注。对于电力系统中应用的谐波抑制装置和无功补偿装置的研究已经成为目前电气工程领域最受重视的研究领域之一，这些电能质量控制装置公认作用是，能够提高供电系统和负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。根据连接方式不同，电力系统补偿方式可以分为并联补偿、串联补偿和串并联混合补偿三种，其中并联补偿由于接入和切除方便，在电力系统中得到最为广泛的应用。在并联补偿应用中目前最常用的能够对电力系统中的无功功率进行连续动态补偿的典型装置是静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG)两种装置。其中静止无功补偿器(SVC)通常是由晶闸管控制电抗器(TCR)加固定电容器(FC)构成(电容器通常与电感相串联同时做低频谐波滤波器用)，其优点是：可实现连续补偿，可分相调节，运行可靠，控制简单，价格便宜；其主要缺点是本身会产生大量谐波，使用中必须附加滤波装置，另外电抗器体积庞大笨重。与静止无功补偿器(SVC)相比较，静止无功发生器(SVG)由全控型现代电力电子器件构成，采用现代电力电子技术，在实现连续动态无功补偿的同时，还可以对电网的谐波进行有效抑制，具有动态响应速度更快，电压闪变抑制能力更强，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻(不需要庞大笨重的电抗器)等一系列优点，其主要缺点是：价格昂贵，控制复杂。从上述可知，传统常用的能够对电力系统中的无功功率进行连续动态补偿的两种典型并联补偿装置各有其不足之处。本技术基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器的优点和积极效果在于：提供一种新型的静止无功补偿器电路。该新型静止无功补偿器电路以能量单方向传输的可控整流器电路和能量双向传输的可控整流器电路构成的混合级联模块为基础。在该新型静止无功补偿器电路中，由于大量的级联了二极管H桥整流器或无桥整流器，因此全控型开关器件的使用数量大大减少。由于级联了少量的全控型整流桥，因此可以通过控制这些全控型整流桥，使得无论负载如何变化，整个整流器均可以在超前、滞后或单位功率数等多种工况下运行，从而简化主功率电路的拓扑结构，降低成本，提高效率，减少控制的复杂性。在该新型静止无功补偿器电路中，混合级联模块与若干条电容与电感相串联的支路并联联接，电容与电感相串联的支路既可以提供超前的基波无功功率，又可以滤除低次谐波，通过控制由混合级联模块构成的可控整流器输入电流的相位，就可以达到为系统提供连续可调的无功功率的目的。通过控制由混合级联模块构成的可控整流器产生与电网电流谐波大小相等而极性相反的谐波电流，就可以达到抑制或消除电网电流谐波的目的。本技术所提出的新型静止无功补偿器既具有SVG动态响应速度快，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻等一系列优点，也具有SVC控制简单，价格便宜的优点。对于能量单方向传输的可控整流器，到目前为止，在工业中主要是作为单位功率因数整流器使用，当令其输入电流以超前于或滞后于输入电源电压的相位运行时，输入电流必然会产生过零点畸变，从而导致电流THD增大。在本技术所提出的基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器中，由于级联了少量的全控型整流桥，因此可以通过控制这些全控型整流桥，使得无论负载如何变化，整个整流器均可以在超前、滞后或单位功率数等多种工况下运行，从而可以使电流过零点畸变得到完全消除。本技术所提出的新型静止无功补偿器既具有SVG动态响应速度快，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻(不需要庞大笨重的电抗器)等一系列优点，也具有SVC控制简单，价格便宜(因只需少量的全控型电力电子开关器件)的优点。
技术实现思路
为达到上述目的，本技术提供的第一种基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感和由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第一模块、第二模块和第三模块，其中：所述第一模块包括开关器件、快恢复二极管、输出直流电容和负载；N个所述第一模块中的开关器件的第二接线端与所级联的下一个所述第一模块中的开关器件的第一接线端依次相连，所述第一模块级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块中的开关器件的第一接线端与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块中的开关器件的第二接线端与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块；所述第三模块包括由全控型器件构成的单相全控桥整流电路、输出直流电容和负载，全控桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述由级联方式构成的模块为第五模块，所述第五模块包括M个第二模块和L个第三模块，其中：各个第二模块的单相二极管整流桥的一个交流输入端与所级联的下一个第二模块中的单相二极管整流桥的一个交流输入端依次相连，第二模块级联后剩余两个自由端，即第一个第二模块中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端和第M个第二模块中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端；各个第三模块中的单相全控型整流桥的一个交流输入端与所级联的下一个第三模块中的单相全控型整流桥的一个交流输入端依次相连，级联起来的第三模块剩余的两个自由端，即第一个第三模块中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端与第L个第三模块中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端；第M个第二模块中的单相二极管整流桥的一个交流输入端与第一个第三模块中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端相连，M个级联的第二模块和L个级联的第三模块按此方式连接后构成所述第五模块；所述第五模块剩余两个自由端，即第一个第二模块中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端与第L个第三模块中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端经升压电感串联接入交流电网。其中，N、M、L为正整数；所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。为达到上述目的，本技术提供的第二种基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括升压电感和由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第三模块和第四模块，其中：所述第三模块包括由全控型器件构成的单相全控桥整流电路、输出直流电容和负载，全控桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述第四模块包括由两个全控型器件和两个二极管构成的单相无桥整流电路、输出直流电容和负载，无桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述由级联方式构成的模块为第六模块，所述第六模块包括P个级联的第四模块和Q个级联的第三模块，其中：各个第四模块的一个交流输入端与下一个第四模块的一个交流输入端依次相连，级联起来的第四模块剩余两个自由端，即第一个第四模块的另一个交流输入端与第P个第四模块的另一个交流输入端；各个第三模块的一个交流输入端与下一个第三模块的一个交流输入端依次相连，级联起来的第三模块剩余两个自由端，即第一个第三模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(Ls)和由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第一模块(A)、第二模块(B)和第三模块(C)，其中：所述第一模块(A)包括开关器件IGBT、快恢复二极管(D0)、输出直流电容(C0)和负载(R0)；N个所述第一模块(A)中的开关器件的第二接线端(b)与所级联的下一个所述第一模块(A)中的开关器件的第一接线端(a)依次相连，所述第一模块(A)级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块(A)中的开关器件的第一接线端(a)与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块(A)中的开关器件的第二接线端(b)与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块(B)；所述第三模块(C)包括由全控型器件IGBT构成的单相全控桥整流电路、输出直流电容(C1)和负载(R1)，全控桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述由级联方式构成的模块为第五模块(E)，所述第五模块(E)包括M个第二模块(B)和L个第三模块(C)，其中：各个第二模块(B)的单相二极管整流桥的一个交流输入端(d)与所级联的下一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的一个交流输入端(c)依次相连，第二模块(B)级联后剩余两个自由端，即第一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(c)和第M个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(d)；各个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的一个交流输入端(f)与所级联的下一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的一个交流输入端(e)依次相连，级联起来的第三模块(C)剩余的两个自由端，即第一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(e)与第L个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(f)；第M个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(d)与第一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(e)相连，M个级联的第二模块(B)和L个级联的第三模块(C)按此方式连接后构成所述第五模块(E)；所述第五模块(E)剩余两个自由端，即第一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(c)与第L个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(f)经输入电感(Ls)串联接入交流电网；其中，N、M、L为正整数；其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。...

【技术特征摘要】
1.基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(Ls)和由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第一模块(A)、第二模块(B)和第三模块(C)，其中：所述第一模块(A)包括开关器件IGBT、快恢复二极管(D0)、输出直流电容(C0)和负载(R0)；N个所述第一模块(A)中的开关器件的第二接线端(b)与所级联的下一个所述第一模块(A)中的开关器件的第一接线端(a)依次相连，所述第一模块(A)级联后所剩余两个自由端，即第一个第一模块(A)中的开关器件的第一接线端(a)与单相二极管整流桥的直流正输出端相连，第N个第一模块(A)中的开关器件的第二接线端(b)与单相二极管整流桥的直流负输出端相连，构成所述第二模块(B)；所述第三模块(C)包括由全控型器件IGBT构成的单相全控桥整流电路、输出直流电容(C1)和负载(R1)，全控桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述由级联方式构成的模块为第五模块(E)，所述第五模块(E)包括M个第二模块(B)和L个第三模块(C)，其中：各个第二模块(B)的单相二极管整流桥的一个交流输入端(d)与所级联的下一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的一个交流输入端(c)依次相连，第二模块(B)级联后剩余两个自由端，即第一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(c)和第M个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(d)；各个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的一个交流输入端(f)与所级联的下一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的一个交流输入端(e)依次相连，级联起来的第三模块(C)剩余的两个自由端，即第一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(e)与第L个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(f)；第M个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(d)与第一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(e)相连，M个级联的第二模块(B)和L个级联的第三模块(C)按此方式连接后构成所述第五模块(E)；所述第五模块(E)剩余两个自由端，即第一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(c)与第L个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(f)经输入电感(Ls)串联接入交流电网；其中，N、M、L为正整数；其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。2.基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(Ls)和由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第三模块(C)和第四模块(D)，其中：所述第四模块(D)包括由两个全控型器件IGBT和两个二极管构成的单相无桥整流电路、输出直流电容(C2)和负载(R2)，无桥整流电路的输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述由级联方式构成的模块为第六模块(F)，所述第六模块(F)包括P个级联的第四模块(D)和Q个级联的第三模块(C)，其中：各个第四模块(D)的一个交流输入端(h)与下一个第四模块(D)的一个交流输入端(g)依次相连，级联起来的第四模块(D)剩余两个自由端，即第一个第四模块(D)的另一个交流输入端(g)与第P个第四模块(D)的另一个交流输入端(h)；各个第三模块(C)的一个交流输入端(f)与下一个第三模块(C)的一个交流输入端(e)依次相连，级联起来的第三模块(C)剩余两个自由端，即第一个第三模块(C)的另一个交流输入(e)与第Q个第三模块(C)的另一个交流输入端(f)；第P个第四模块(D)的另一个交流输入端(h)与第一个第三模块(C)的另一个交流输入端(e)相连，P个级联的第四模块(D)和Q个级联的第三模块(C)按此方式连接后构成所述第六模块(F)；所述第六模块(F)剩余的两个自由端，即第一个第四模块(D)的剩余交流输入端(g)与第Q个第三模块(C)的剩余交流输入(f)经输入电感(Ls)串联接入交流电网，其中，P、Q为正整数；其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。3.基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，包括三相主功率电路，所述三相主功率电路包括3个输入电感(L101－L103)和三个由级联方式构成的模块，所述由级联方式构成的模块包括第一模块(A)、第二模块(B)和第三模块(C)，三个由级联方式构成的模块为第五模块(E)，所述第五模块(E)包括M个第二模块(B)和L个第三模块(C)，其中：第M个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(d)与第一个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(e)相连，M个级联的第二模块(B)和L个级联的第三模块(C)按此方式连接后构成第五模块(E)；第五模块(E)剩余两个自由端，即第一个第二模块(B)中的单相二极管整流桥的另一个交流输入端(c)与第L个第三模块(C)中的单相全控型整流桥的另一个交流输入端(f)，三个第五模块(E)剩余六个交流输入端，构成星形连接后经每一相的输入电感串联接入三相交流电网，其中，N、M、L为正整数；其特征在于：所述三相主功率电路还包括K个三相LC滤波器，其中K为正整数，每个所述三相LC滤波器由三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路构成，每个所述三相LC滤波器的三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路以星接方式与三相交流电网连接。4.根据权利要求3所述的基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，其特征在于：其中所述三个第五模块(E)剩余六个交流输入端，替换构成角形连接后经每一相的输入电感串联接入三相交流电网。5.根据权利要求3所述的基于混合级联桥式变流电路的新型静止无功补偿器，其特征在于：其中所述三相主功率电路替换包括3个输入电感(L101－L103)、6个桥臂电感(L104－L109)、6个第五模块(E)和直流电容(C10)，所述6个桥臂电感(L104－L109)、6个第五模块(E)和直流电容(C10)构成双星形连接，同一相两个桥臂电感的公共点共三个，三个公共点分别与3...

【专利技术属性】
技术研发人员：程红，王聪，陈婷，张国澎，孔佳仪，刘瑨琪，卢其威，邹甲，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：新型
国别省市：北京,11