用于无功功率补偿的静态同步补偿器(36)，该静态同步补偿器(36)包含：包括第一和第二DC端(40、42)的至少一个初级补偿支路(38)和在使用中用以连接AC网络(58)的AC端(44)，该或每个初级补偿支路(38)限定了第一和第二支路部分(50、52)，每个支路部分(50、52)包括至少一个开关元件(54)，开关元件在相应的第一和第二DC端(40、42)之一和AC端(44)之间与链节转换器(56)串联，第一和第二支路部分(50、52)的开关元件(54)可操作用于将相应链节转换器(56)切入相应DC端(40、42)和AC端(44)之间的电路中或从该电路中切换出，并且链节转换器(56)可操作用于在AC端(44)产生电压波形；以及包括连接在第一和第二DC端(40、42)之间的至少一个DC链路电容器(48)的次级补偿支路(46)，次级补偿支路(46)与该或每个初级补偿支路(38)并联。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于无功功率补偿中的静态同步补偿器。
技术介绍
在高压直流电力传输中，交流(AC)电力被转换为高压直流(DC)电力以通过架空线和/或海底电缆传输。这种转换降低了每千米线路和/或电缆的成本，因而当电力需要远距离传输时具有成本效益。一旦所传输的电力到达其目的地，在被分配给当地网络之前，高压DC电力被转换回AC电力。在不同网络条件下，通过AC传输线路的电力传输可能会经历电压特性上的波动，这可能引起背离标准值。通过在调节装置和AC传输线路之间的无功功率交换，这种波动可以被最小化。这种调节装置被称为静态同步补偿器(静止补偿器)。 在图IA中显示已知静态同步补偿器的一种形式，其包括六组串联的绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 20和反并联二极管22。IGBT 20被一起串行连接和切换，以使得能够实现十兆瓦级至百兆瓦级的高额定功率。然而，这种方法需要复杂的有源IGBT驱动，并且可能需要大型的无源缓冲器元件来保证在切换期间IGBT 20串联串上的高电压被适当地均分。此外，IGBT 20需要在AC电源频率的每个周期上在高电压下导通和截止多次，以控制被馈送给AC网络24的谐波电流。这些因素导致高损耗、高电磁干扰水平和复杂的设计。在图IB中显示另一种已知静态同步补偿器，其包括多级布置。该多级布置包括由单元28串联组成的转换桥26，每个转换单元28包括与电容器30并联的一对串联的IGBT20。每个转换单元28在不同时间被切换，因为单独的转换单元28并不同时切换，并且转换步进比较小，因此这种布置消除了与串联的IGBT20直接切换相关的问题。然而，每个转换单元28的电容器30必须具有高电容值以抑制在多级布置中电容器端子处的电压变化。为了实现转换支路34的并联和运行，还需要六个DC侧电感器32，并且其主要被用于限制转换支路34之间的瞬变电流。这些因素导致昂贵、大型和沉重的设备，其具有大量存储能量，使得该设备的预组装、测试和运输变得困难。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种用于无功功率补偿的静态同步补偿器，该静态同步补偿器包含包括第一和第二 DC端的至少一个初级补偿支路和在使用中用以连接AC网络的AC端，该初级补偿支路或每个初级补偿支路限定了第一和第二支路部分，每个支路部分包括至少一个开关元件，开关元件在相应的第一和第二 DC端之一和AC端之间与链节转换器串联，第一和第二支路部分的开关元件可操作用于将各自的链节转换器切入各自DC端和AC端之间的电路中或从该电路中切换出，并且链节转换器可操作用于在AC端产生电压波形；以及包括连接在第一和第二DC端之间的至少一个DC链路电容器的次级补偿支路，该次级补偿支路与该初级补偿支路或每个初级补偿支路并联。次级补偿支路的提供使静态同步补偿器能够与所连接的AC网络交换无功功率，以改善AC网络的稳定性和电压控制。这是通过以下来实现的使用DC链路电容器作为提供无功功率的源或吸收无功功率的容器，并在每个支路部分中使用链节转换器来提供对AC网络和DC链路电容器之间无功功率交换的良好控制。与每个支路部分中的链节转换器串联的一个或多个开关元件的串联组合以将支路部分切入各自DC端和AC端之间的电路中或从该电路中切换出是有利的，这是因为它减少了每个链节转换器否则需要产生的电压范围。而这又使每个链节转换器中的元件数量被最小化，并且因而导致在大小、重量和成本方面的节省。在本专利技术的实施例中，次级补偿支路可以包括串联的两个DC链路电容器，DC链路电容器之间的节点在使用中被接地连接。 在本专利技术的其他实施例中，次级补偿支路可以包括具有中心抽头的DC链路电容器，该中心抽头在使用中被接地连接。在次级补偿支路中，提供两个DC链路电容器或具有中心抽头的DC链路电容器提供了可以被接地连接的中间节点。将这点接地为静态同步补偿器提供了参考电压，并使设备内的电压应力能够得到限定和控制。在其他实施例中，设备内的其他点可以被用来提供接地参考。优选地，每个链节转换器可操作用于当相应支路部分被从电路中切换出时产生电压来抵消支路部分两端的电压并因而最小化相应开关元件两端的电压。这种特点是有利的，因为它减少了实现开关元件所需的串联器件的数量，这使硬件的大小、重量和成本最小化。当支路部分被切换到电路外时降低每个支路部分中开关元件两端的电压也是有利的，因为这在各自开关元件在断开和闭合位置之间来回切换时的传导和切换消耗最小化。优选地，每个支路部分的链节转换器包括串联的模块的链，每个模块包括与能量储存装置并联的至少一对次级开关元件，该次级开关元件在使用中可操作用于使得模块的链限定步进可变电压源。串联模块的链的使用使每个链节转换器能提供电压，该电压可通过将额外的模块接入链中以提供比由每个单独模块提供的电压高的电压而以递增步进得以增加。因而，这种布置使得由每个支路部分的链节转换器提供的电压发生变化，以使得在AC端产生电压波形。在次级补偿支路或连接至静态同步补偿器的AC网络发生故障而导致在静态同步补偿器中的高故障电流的情况下，链节转换器中的模块的次级开关元件可以被操作用于将模块接入链中，以提供与AC网络电压相反或匹配的电压，并且因而降低静态同步补偿器中的故障电流。在本专利技术的实施例中，链节转换器的所述模块或每个模块可包括以全桥布置与各自能量储存装置并联的两对次级开关元件，以限定能够提供正电压或负电压并能在双向弓I导电流的4-象限双极模块。4-象限双极模块能提供正电压或负电压的能力意味着每个链节转换器两端的电压可以由提供正电压或负电压的模块的组合来建立。因而，通过控制所述模块在提供正电压或负电压之间交替，各能量储存器中的能量水平可以被维持在最佳水平。在每个支路部分的链节转换器中使用全桥模块，也使链节转换器能够在AC端提供超过连接至第一和第二 DC端的DC网络的DC电压的输出电压。在本专利技术的其他实施例中，链节转换器的所述模块或每个模块可以包括以半桥布置与各自能量储存装置并联的一对次级开关元件，以限定能够提供正电压或零电压并能在双向引导电流的2-象限模块。该能量储存装置或每个能量储存装置可以是能存储和释放其电能以提供电压的任何装置，因而可以包括电容器、燃料电池、蓄电池或具有相关整流器的辅助AC发电机。这种灵活性在设备可用性可能由于区域的传输困难而变化的不同地点的转换器站设计中是有用的。例如，在离岸风电场上的每个模块的能量储存装置可以是连接至风轮机的辅助AC发电机。 每个支路部分的所述开关元件或每个开关元件优选包括半导体器件，并且可以包括绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管。每个链节转换器也优选包括至少一个半导体器件，并且可以包括绝缘栅双极型晶体管、栅极可关断晶闸管或集成栅控晶闸管。半导体器件的使用是有利的，因为这种器件体积小且重量轻，并具有相对低的功率消耗，这使得对制冷设备的需求最小化。因此，这导致功率转换器成本、大小和重量的显著减小。半导体器件的快速切换特征使静态同步补偿器能快速响应AC网络的AC电压特性的变化。静态同步补偿器的快速响应使引起电力传输设备损坏的AC电压特性的任何浮动的风险最小化。在本专利技术的实施例中，静态同步补偿器可以包括多个初级补偿支路，每个支路包括用以连接至多相AC网络的相应相的AC端。在这种静态同步补偿器中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：威廉·克鲁克斯，戴维·特雷纳，科林·奥茨，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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