[实用新型]电压源换流器

说明书

本实用新型涉及用于交流(简称为AC)电路中的无功功率补偿的电压源换流器(简称为VSC)。 

在由源和负载组成的交流电路中，电流和电压都是正弦波。电阻性负载意味着有功功率被传送，即，电流和电压同时倒转它们的极性而能量流的方向不倒转。然而，电抗性负载，诸如电容性和/或电感性负载，导致无功功率，其中电压和电流相位上相差90度。对于每个周期的半个周期，电压和电流的乘积是正的，但在每个周期的另半个周期上，电压和电流的乘积是负的，表示在一个周期上没有净能量流。有效负载通常具有电阻、电感和电容，意味着有功功率和无功功率二者，并且视在功率是有功功率与无功功率的向量和的幅度。同样地，非线性负载在功率电路中引起谐波频率。 

诸如静止同步补偿器(STATCOM)、静止同步电容器(STATCON)或电压源逆变器(VSI)的电压源换流器可以用作为到功率电路的无功交流功率的源或汇(sink)。电压源换流器可以是灵活交流输电系统(FACTS)的一部分。级联的多电平换流器(Cascaded Multilevel Converter，简称为CMC)，例如级联的多电平逆变器，是H‑桥的级联，即，串联配置的H‑桥。 

在论文“Investigations on a Unified Controller for a Practical Hybrid Multilevel Power Converter”，Tilak Gopalarathnam et al.，17^th annual IEEE applied power electronics conference and exposition，Dallas，Texas，10‑14March 2002中，使用辅助换流器来消除由主换流器产生的谐波。两个换流器共同地仅仅涉及到无功功率补偿。 

本实用新型的目的是改进交流电路中的无功功率的补偿和减小谐波。 

按照本实用新型的方面，提供了一种电压源换流器，用于交流电路中的无功功率补偿和谐波减小，其中电压源换流器被连接到在电源与负载之间的所述交流电路。电压源换流器包括第一换流器，被配置成用于以低切换频率工作，该频率在一些实施例中是与交流电路的基波频率相同的，并且具有至少是与交流电路的电压相同的电压额定值，所述第一换流器被连接到所述交流电路以用于提供电压到所述交流电路以便补偿无功功率。电压源换流器还包括第二换流器，被配置成用于以比起第一换流器更高的切换频率工作，并且具有低于交流电路的电压的电压额定值，所述第二换流器借助于变压器而被连接到所述交流电路以用于减小谐波。第一和第二换流器串联连接。 

按照本实用新型的方面，提供了一种电压源换流器，用于交流电路中的无功功率补偿和谐波减小，其中电压源换流器被连接到在电源与负载之间的所述交流电路。电压源换流器包括第一换流器，被配置成用于以低切换频率工作，该频率在一些实施例中是与交流电路的基波频率相同的，并且具有至少是与交流电路的电压相同的电压额定值，所述第一换流器被连接到所述交流电路以用于提供电压到所述交流电路以便补偿无功功率。电压源换流器还包括第二换流器，被配置成用于以比起第一换流器更高的切换频率工作，并且具有低于交流电路的电压的电压额定值，所述第二换流器借助于变压器而被连接到所述交流电路以用于减小谐波。第一和第二换流器串联连接。 

通过使用用于减小或消除交流电路中的谐波的换流器，减小或消除对于使用用于减小谐波的滤波器的需要。因此，电压源换流器可以做得更紧凑，并且可以避免如由于参数失配和在轻负载处的过无功功率补偿而造成的失谐那样的问题，这些问题是在使用滤波器时常见的问题。电压源换流器可以被动态调节以消除谐波，这与如果条件改变则其必须被改变的滤波器的静态效果不同。电压源换流器替代地例如可以通过动态控制算法被控制。另外，通过使用与用于补偿无功功率的换流器分开的、用于减小谐波的换流器，允许减小电压源换流器中的功率损耗。这是因为用于减小谐波的换流器是以高频(对于减小谐波所必须的)但以低电压工作的。另一方面，用于补偿无功功率的换流器是以高电压(电路的电压)但以低频(与电路频率相同的频率)工作的。因此，借助于本实用新型，避免了与高电压结合高频切换相关联的高损耗。由于第二换流器具有较低的电压额定值，生产成本可以被降低。