[发明专利]采用机械开关的链式STATCOM链节单元旁路结构

说明书

技术领域

本发明属于电力系统动态无功补偿技术领域，具体涉及一种采用机械开关的链式STATCOM链节单元旁路结构。

背景技术

输电系统用STATCOM-静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator)，是一种新型静止无功动态补偿装置，由并联接入系统的电压源换流器构成，其输出的容性或感性无功电流连续、可调且独立于与系统连接点的电压。目前，STATCOM的主电路主要包含三种结构，即多重化结构、多电平结构和链式结构。

多重化结构以三相大功率电压源换流器为核心，电容器上的直流电压通过逆变产生相位相差若干度的方波电压，经过多重化变压器的电磁耦合作用，在输出端产生三相阶梯波电压，以减小输出谐波。存在的缺点是：(1)三相共用一个直流电压支撑，无法进行分相控制；(2)采用可关断器件串并联提高电压和容量，产生均压和均流问题；(3)多重化变压器损耗大、占地面积大。

多电平结构是采用箝位二极管或箝位电容构成的多电平结构，可以在减少串联的同时增大容量，并优化谐波特性。包括二极管箝位多电平结构、飞跨电容多电平结构、基本全桥级联多电平结构等。这种结构也有一定的缺点：(1)难以实现电容电压平衡控制；(2)开关频率增高，开关损耗增加，效率降低；(3)需要多个独立的直流电源。

链式STATCOM的主电路是一种新型的拓扑结构，其主电路的核心部分是链式(H桥串联)结构的电压源换流器，每一相都是一个独立的链，由N个结构完全相同的基本单元串联而成，每个基本单元是一个可输出三电平的单相桥式电压源换流器，N个基本单元串联可得到2N+1级的阶梯电压波形。随着H桥数量的增加，输出电压的畸变率也明显改善；且随着H桥数量的增加，装置的容量也相应的增加。

链式STATCOM装置三相换流链是由多个相同结构的链节单元串联而成，为了提高STATCOM装置的可靠性，减少装置频繁投切，根据国网公司企业标准Q/GDW241-2008规定，链式STATCOM应至少设置一个冗余链节。在少于等于冗余个数链节故障时，故障链节应被自动旁路，装置在故障链节旁路后继续运行；当超过冗余个数链节故障时，装置应退出运行。因此，每个链节单元都要设计简单、经济、可靠的旁路电路，为整个链节单元提供保护，同时实现冗余功能。

旁路电路用于实现对整个链节的保护，基本方式是反并联晶闸管结构。当装置补偿无功输出时，链节单元H桥开关过程中产生的高频率、高dv/dt的脉冲电压极易导致晶闸管的误导通，采用通常的RC吸收电路也无法解决问题。

旁路电路也可以采用二极管整流接单晶闸管旁路的方式。晶闸管配有阻容缓冲吸收回路，防止过大的dv/dt及过高的反向恢复电压对器件的损坏。旁路电路直流侧与电压源换流器直流侧通过10kΩ级的隔离电阻连接，固定电位、抑制局放的同时防止对晶闸管的干扰。链式STATCOM装置输出电压高、电流大，根据目前晶闸管的制造水平，很难找到满足电气参数要求的方形封装的晶闸管模块；若选取圆饼状封装的晶闸管模块，需要额外增加散热、安装固定件等辅助设备，造成体积庞大，不便于安装，也不利于模块的紧凑化设计；而且晶闸管是不可控器件，一旦导通不能控制其关断，在过零点自然关断，不能维持导通状态。

旁路电路还可以采用两只反向串联的IGBT器件组成的旁路结构。当链节单元内部发生故障时，封锁H桥电路，同时开通旁路IGBT，在此过程中会出现冲击电流和电压，IGBT器件承受冲击的能力比较弱，很容易因承受冲击电流和电压而损坏，且控制电源也不容易获取。

发明内容

本发明采用一种新型的旁路结构-由机械开关构成的旁路电路，与其它旁路结构相比，该电路具有明显的优势：电路结构简单，安装操作方便，选用元件少。本发明提出的一种采用机械开关的链式静止同步补偿器STATCOM链节单元旁路结构，其特征在于，静止同步补偿器STATCOM主电路采用H桥级联的链式结构，并由机械开关构成链节单元旁路结构，其中

链式STATCOM装置三相换流链是由多个相同结构的链节单元串联而成，包含链式电压源换流器、连接电抗器、主控制器、避雷器、电流传感元件和冷却系统；

所述电压源换流器，由可关断器件实现换相，直流侧储能元件为采用电容器的换流器；

所述连接电抗器的作用是滤出换流链产生的高次谐波电流，实现链式STATCOM与系统之间的能量交换；

所述控制器用来控制链式STATCOM装置的运行和操作；

所述避雷器与换流链两端并联使用，用于实现换流链的过电压保护；