[实用新型]一种基于电流分离补偿的级联型H桥型DSTATCOM装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流分离补偿的级联型H桥型DSTATCOM装置，特别是用于配电网电能质量治理装置—配电静止无功补偿器（distribution static synchronous compensator，DSTATCOM）的拓扑结构和电流补偿控制方法。

背景技术

级联H桥型多电平变流器由于结构简单、易于模块化设计、开关负荷平衡及输出电压谐波小等优点而被广泛应用于DSTATCOM等大功率变流装置。但该结构存在由各功率单元电容能量变化差异及功率单元自身损耗所造成的直流侧电容电压的不平衡问题，严重影响了装置输出波形质量。为此，人们发展了许多直流侧电容电压均衡控制方案，其中外部能量交换法由于具有算法简单独立、响应速度快以及实时性强等优点在实际工程中被广泛使用。

典型的外部能量交换法采用四象限整流器结合直流电容为各功率单元H桥逆变器提供了独立的直流电源，主要优点在于：当H桥逆变器需要与电网交换有功功率时，如DSTATCOM输出三相不平衡补偿电流，装置三相Y型接线方式或三角形接法时采用最大相电流最小化设计等方法时，该方案中独立电源为能够为逆变器提供有功能量传输通道；主要缺点是额外的电源设备增加了装置整体成本和体积。

DSTATCOM为了抑制冲击型、不对称、非线性负荷对配电网造成的电压波动与闪变、谐波以及三相不平衡等电能质量问题，补偿电流中需要包含无功、负序和谐波分量。传统的电流控制方案是补偿电流全部由H桥逆变器承担，而整流器仅承担由负序补偿电流引起的有功功率部分。因此，逆变器的容量将远远超过整流器容量。这样，一方面，由于容量差异会增加器件选型的复杂性；另一方面，开关器件的价格通常随着容量的增加成倍的增长。此外，对于基波正序无功补偿电流来说，当该电流流经H桥逆变器时，会造成直流侧能量2次脉动。为抑制该能量脉动造成的直流电压波动，会进一步增加直流电容的容量。

发明内容

本发明提供了一种基于电流分离补偿的级联型H桥型DSTATCOM装置，它的电容容量将随着逆变器补偿容量的下降而下降，不但进一步降低装置的造价，减小功率单元的体积。

本发明采用了以下技术方案：一种基于电流分离补偿的级联型H桥型DSTATCOM装置，其特征是它包括三相功率单元的级联结构；三相功率单元的级联结构采用Y型结构连接，以便实现三相电流的分相解耦控制；各功率单元采用AC-DC-AC的变流器结构，每个功率单元包括四象限整流器、直流电容C以及H桥逆变器，直流电容C左侧为四象限整流器，通过多绕组变压器隔离连接交流电网，四象限整流器结合直流电容C充当直流稳压电源，起到对各功率单元直流电压均衡控制的目的，四象限整流器提供输出补偿电流中的部分或全部基波正序无功补偿电流；直流电容C右侧为H桥逆变器，各单元H桥逆变器级联后通过电抗L_s连接电网，H桥逆变器只承担负序、谐波或部分无功补偿任务；当装置补偿负序电流时，四象限整流器为H桥逆变器提供双向有功能量流动通道。

本发明还公开了一种应用级联型H桥型DSTATCOM装置进行电流分离补偿的方法，四象限整流器结合直流电容C充当直流稳压电源，对各功率单元直流电压均衡控制；当DSTATCOM装置补偿负序电流时，四象限整流器为H桥逆变器提供双向有功能量流动通道；四象限整流器提供输出补偿电流中的部分或全部基波正序无功补偿电流；H桥逆变器只承担负序、谐波或部分无功补偿任务。

本发明具有以下有益效果：本发明各单元整流器能够及时响应直流有功负载的变化，并为其提供快速能量传输通道，稳定直流电压；本发明优化配置装置功率单元整流模块和逆变模块的容量，降低装置的整体体积和造价；减小或消除装置功率单元直流电容电压脉动量，从而可以降低直流电容容量，进一步降低装置的造价；较小的直流电压脉动，使得折射到装置输出电压中的谐波含量降低，能够有效提高装置尤其是谐波电流的补偿效果；当装置发生冗余度以内的功率单元H桥逆变器故障时，将该单元逆变器旁路退出运行后，整流器依然可以作为无功发生器对系统进行无功补偿，从而提高了装置利用效率。

附图说明

图1是Y型接线方式的三相级联H桥型DSTATCOM单相主电路结构。

图2是装置各功率单元模块的等效电路模型。

图3是装置功率单元整流器交流侧稳态相量图。

图4是装置功率单元H桥逆变器交流侧基波稳态相量图。

图5是装置输出三相负序电流稳态相量图。

具体实施方式