用于向电力网提供无功和／或有功功率的ＳＴＡＴＣＯＭ系统技术方案

本发明专利技术涉及一种静态补偿器（１１）系统，用于向电力网（１４）提供无功和／或有功功率。该系统包括静态补偿器（１１），该静态补偿器包括ＤＣ电容器（Ｕｄ）和电压源转换器（１０）。该静态补偿器（１１）连接到能量存储装置（１２）。该系统还包括与能量存储装置（１２）串联并与静态补偿器（１１）的ＤＣ电容器（Ｕｄ）并联连接的升压转换器装置（１３）。升压转换器装置（１３）和能量存储装置（１２）还与静态补偿器（１１）的电压源转换器（１０）并联连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性地涉及输电网的领域，并且具体地涉及对输电网的无功功率支持。
技术介绍
向用户送电的输电网必须能够处理在电网内出现的电压不平衡或者不稳定、电压 骤降、不良功率因子、失真或者闪烁。无功功率控制是一种解决这样的问题的方式。STATC0M(静态补偿器)是一种基于电压源转换器(VSC)技术并且可以用来向输电 网提供无功功率支持的电气设备。STATC0M能够产生或者和吸收无功功率并且可以由高速 控制系统调节。图1图示了基本STATC0M布置。在基本配置中，STATC0M 1由DC电压源2、DC/AC 逆变器3 (电压源转换器VSC)和变压器4组成。调节STATC0M输出电压的幅度控制STATC0M 与电力网5的无功功率交换。如果输出电压的幅度超过电力网电压的幅度，则无功电流从 STATC0M1经过变换器电抗流向电力网5，并且该设备生成无功功率。如果STATC0M输出电压 的幅度减少至在电力网电平以下的电平，则电流从电力网5流向STATC0M，该STATC0M然后 吸收无功功率。如果STATC0M输出电压等于电力网电压，则无功功率为零，并且STATC0M既 不生成无功功率也不吸收无功功率。从STATC0M汲取的电流相对于电力网电压移位90°， 并且它可以是超前的，即生成无功功率，或者它可以是滞后的，即吸收无功功率。等效而言， 产生超前(电容性)或者滞后(电感性)VAR。STATC0M包括主电路，即电压源转换器VSC，该主电路被设计成处理某一数量的 无功功率(“额定功率”)的注入或者吸收。主电路可以例如包括绝缘栅极双极性晶体管 (IGBT)器件、门极可关断晶闸管(GT0)器件或者集成门极换向晶闸管(IGCT)器件。存在有如下情形，其中除了向电力网生成的无功功率之外还在STATC0M的DC侧上 向它提供能量源以便提供也称为有功功率的一些有效功率是有利的。也就是说，不仅能够 控制无功功率而且能够注入或者吸收有效功率有时是有利的。例如，有效功率可以在电力 网内突然出现能量不足时用作备用电源或者作为用于管理电力网中的瞬态和机电振荡的 控制功率。图2图示了如下STATC0M，该STATC0M具有连接到它的DC侧的能量源6 (Ues)。能 量源6可以具体实现为可以暂时供应先前已经存储能量的能量存储装置或者包括非电能 至电力的某种转换的能量供应。能量源6可以例如包括常规DC电容器、超电容器、电化学 电池、燃料电池或者光电模块。能量源6适应于相应典型放电循环时间，从而根据存储元件类型和负载条件而作 用数秒(常规电容器)、数分钟(超电容器)或者直至30分钟(电池)或者甚至连续地作 用(燃料电池或者光电模块)。无论能量源类型如何，在下文连接到STATCOM DC链路的能 量存储装置6中，它们的共同之处在于它们的DC电压在充电/放电循环期间改变。然而， STATCOM上的DC电压必须超过某一最小电平，以便使STATCOM能够提供它的额定无功功率。 特别地，STATCOM必须在即使能量源被放电或者达到它的最低接受充电电平时仍然能够提供它的额定无功功率。由于能量源6的DC电压直接连接到STATC0M的DC总线，所以该DC总线必须被设 计成能够用改变DC电压进行操作。用于STATC0M的额定DC电压UDC不能高于能量源的最 低操作电压，即，UDC彡Ues,min = Ues(放电)。STATC0M必须能够用上至能量源最高DC电压 (即上至ues,max = Ues(完全充电))的所有DC电压电平进行操作。STATC0M的主电路必须被设计成处理最大DC电压电平Ues，max (完全充电)，以 便应对能量存储装置6中的DC电压的变化。这由于必须使用昂贵部件用于这样的过尺度 设计而成本很高。通常，能量存储装置6的DC电压变化是用于STATC0M的额定DC电压的 20-100%。STATC0M额定用于处理某一无功功率，例如lOOMVAr，并且如果这一额定无功功 率与能量存储装置6的额定有功功率相比(即与有效功率部件相比)为高，则该改变DC电 压电平所造成的成本较高。图3图示了用于处理能量存储装置的改变的DC电压的现有技术解决方案。特别 地，DC到DC转换器7可以用于将电压转换成希望的电压。然而，由于DC/DC转换器很复杂 且成本高，具体而言由于全部有功功率必须穿过DC/DC转换器并且由于适合于VSC的电压 电平可能很高，所以大量增加成本。用于对STATC0M的DC处理能力进行过尺度设计以便STATC0M能够处理连接的能 量储存器的改变的DC电压的成本因此很高。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种用于向电力网提供无功和/或有功功率的 STAC0M系统，由此克服或者至少减轻上述问题。具体而言，本专利技术的一个目的在于，提供一 种使具有改变DC电压的能量存储装置与以恒定DC电压操作的STATC0M对接的改进方式。本专利技术的另一目的在于，提供一种无论能量存储装置的操作状态如何并且具体而 言无论能量存储装置的充电水平如何，都提供恒定STATCOM DC电压的改进方式。通过如独立权利要求所述的一种静态补偿器系统来实现这些目的以及其它目的， 该静态补偿器系统用于向电力网提供无功和/或有功功率。根据本专利技术，提供一种静态补偿器系统，用于向电力网提供无功和/或有功功率。 该系统包括静态补偿器(STATCOM)，该STATCOM又包括DC电容器和电压源转换器。STATCOM 的DC电容器和电压源转换器并联连接。STATCOM连接到用于提供DC电压的分离能量存储装 置。该系统的特征在于，与能量存储装置串联连接且与STATCOM的DC电容器并联连接的升 压转换器装置。升压转换器装置和能量存储装置还与STATCOM的电压源转换器并联连接。 借助本专利技术，可以节省大量成本；例如实现使用成本更低的部件以及使用更鲁棒的部件。无 需对STATCOM进行过尺寸设计以便处理外部能量存储装置的改变电压电平。另外，实现更 低损耗和更低功率处理。根据本专利技术的一个实施方式，升压转换器电路包括电流源转换器。它可以例如是 晶闸管转换器。因此可以使用市面上唾手可得的部件。另外，使用常规线换向晶闸管非常 具有成本效率。根据本专利技术的另一实施方式，升压转换器装置被布置成处理在能量存储装置与 STATCOM的DC源之间的电压差。具体而言，升压转换器装置可以被布置成对能量存储装置进行充电以及向STATC0M的DC源提供电压。升压转换器装置因此可以包括用于产生单向 电压的装置，或者包括用于产生双向电压的装置。该系统因此可以容易地适合于适应用户 的特定需要或者适应特定电力系统。根据本专利技术的又一实施方式，升压转换器装置被布置成从STATC0M的AC端子经由 变压器来供能。该变压器可以在STATC0M变压器的初级侧或者次级侧上连接到STATC0M的 AC端子。取而代之，升压转换器装置被布置成借助分离的AC馈电来馈电。同样，该系统因 此可以适合于适应用户的特定需要或者适合于在特定系统中使用。根据本专利技术的又一实施方式，能量存储装置包括DC电容器、超电容器、电化学电 池、燃料电池或者光电模块。任何适当能量存储装置可以使用于本专利技术的系统中。在本专利技术的又一实施方式中，升压转换器装置包括用于向电力网产生无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静态补偿器（１１）系统，用于向电力网（１４）提供无功和／或有功功率，所述系统包括静态补偿器（１１），所述静态补偿器包括并联连接的ＤＣ电容器（Ｕ↓［ｄ］）和电压源转换器（１０），所述静态补偿器（１１）连接到能量存储装置（１２），其特征在于与所述能量存储装置（１２）串联连接的升压转换器装置（１３），其中所述升压转换器装置（１３）和所述能量存储装置（１２）与所述静态补偿器（１１）的所述ＤＣ电容器（Ｕ↓［ｄ］）并联连接，并且其中所述升压转换器装置（１３）和所述能量存储装置（１２）与所述静态补偿器（１１）的所述电压源转换器（１０）并联连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：L昂格基斯特，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]