专利名称：一种使直流侧电压保持平衡的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使直流侧电压保持平衡的电路，尤其涉及一种使链式结构的静止同步补偿器或有源滤波装置的直流侧电压保持平衡的电路，属于电气自动化设备技术领域。
背景技术：
传统的无功补偿设备有同步调相机、固定容量的电容器、开关控制的并联电抗器等，这些设备可满足一定范围的无功补偿要求，但它们有响应速度慢、故障维护困难等缺点。可控硅型的静止无功补偿器(SVC)有较好的性能，但也存在以下主要缺点1)由于它对电网电压的波动表现出恒阻抗特性，因而在电网电压波动时不能充分发挥其作用；2)对系统产生较多的谐波电流。
随着大功率半导体器件(GTO、IGBT、IGCT、IEGT)的出现，一种新型的静止同步补偿器(以下简称STATCOM)已开始应用于电力系统的电压稳定控制。STATCOM由电压源型逆变器构成，从原理上它等效于静止的同步调相机，但动态特性远优于同步调相机，它具有起动无冲击、调节连续、响应快速、占地面积小等优点，在改善系统稳定性、提高现有输电线路的输电容量和抑制电压闪变等方面均具有很大优势，已成为各国竞相发展的新一代无功补偿设备，是今后柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部件之一。目前我国各大电网仍存在电源不足、电网结构不尽合理、系统稳定性及供电质量较差的问题，大容量的新型静止无功发生器的应用变得日益迫切并具有重要意义。
STATCOM装置或有源滤波装置的主电路一般采用变压器多重化电压型逆变器结构或链式电压型逆变器结构。其中，链式电压型逆变器有如下优越特点1)模块化结构，2)容易实现冗余运行，3)可以实现不平衡负载的平衡化补偿，4)可以允许更高的系统电压不对称，5)效率更高。链式电压型逆变器的关键技术之一是其各个单相逆变器的直流侧电压的平衡控制。目前可见报道的是英国ALSTOM公司开发的75MVASTATCOM装置，它采用了一种双向逆变器将各个直流侧电容能量逆变到一个公共交流电压母线或从公共交流电压母线变换能量回各个直流电容，从而控制各个直流侧电容电压平衡的方法。但是该方法控制较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提出一种使直流侧电压保持平衡的电路，以解决STATCOM装置或有源滤波装置的直流侧电压平衡控制问题，确保装置的正常运行。
本发明提出的使直流侧电压保持平衡的电路，包括单相逆变器，还包括一个直流侧能量反馈电路，一个公共直流电压母线，一个直流侧能量回馈电路，一个功率开关器件驱动电源辅助电路及一个公共启动直流电源；直流侧能量反馈电路的两个输入端分别与单相逆变器的两个输出端相接；直流侧能量回馈电路的正输出端与单相逆变器的直流侧正端相接，负输出端与单相逆变器的直流侧负端相接。
所述的直流侧能量反馈电路由一个单相三绕组隔离变压器，一个单相全桥整流器，一个滤波电感，一个滤波电容组成。其中的单相三绕组隔离变压器的一个绕组接到所述的单相逆变器的交流输出端，第二个绕组接到单相全桥整流器的交流输入端，第3个绕组接到所述的功率开关器件驱动电源辅助电路中的第一个单相全桥整流器的交流输入端。所述的单相全桥整流器的直流输出正端接到所述的滤波电感的一端，其直流输出负端接到所述的公共直流电压母线的负端，滤波电感的另一端接到公共直流电压母线的正端。
所述的直流侧能量回馈电路由一个DC/AC逆变电源，一个单相三绕组隔离变压器，一个单相全桥整流器和一个滤波电感组成。所述的DC/AC逆变电源的直流输入正负端分别接到所述的公共直流电压母线的正负端，其交流输出与所述的单相三绕组隔离变压器的第一个绕组相连接，单相三绕组隔离变压器的第二个绕组接到单相全桥整流器的交流输入端，第三个绕组接到所述的功率开关器件驱动电源辅助电路中的第二个单相全桥整流器的交流输入端。所述的单相全桥整流器的直流输出正端接到滤波电感的一端，其直流输出负端接到所述的单相逆变器的直流侧电容负端，滤波电感的另一端接到所述的单相逆变器的直流侧电容正端。
所述的功率开关器件驱动电源辅助电路由两个单相全桥整流器，两个滤波电感和一个滤波电容器组成。其中的两个单相全桥整流器的直流输出正端分别接到两个滤波电感的一端，两个滤波电感的另一端同时接到滤波电容器的正端，两个单相全桥整流器的直流输出负端同时接到滤波电容器的负端。
所述的公共启动直流电源输入采用单相或三相交流电源，输出直流电源正负端分别接到公共直流电压母线的正负端。
本发明提出的使直流侧电压保持平衡的电路，具有以下优点1、不需要设定装置运行时的直流电容电压值，理论上装置本身可以适应任意的直流电容电压，实际使用时装置可以适应从0到最大允许的直流电容电压。
2、不需要进行直流电容电压的反馈闭环控制，电压高的电容储能自动流向电压低的电容器而不能反向流动，电压的平衡控制自动完成。
3、以完成装置启动时直流电容的充电工作。
图1是本发明的主电路图具体实施方式
图1所示为基于链式逆变电路的STATCOM或有源滤波装置三相链式逆变电路中的一相(A相)。
图1中，S1LA、S1LB、S1RA、S1RB和C1构成该链式逆变器的第一个单相逆变器(也就是一个链式单元)，SNLA、SNLB、SNRA、SNRB和CN构成该链式逆变器的第N(N为大于1的自然数)个单相逆变器。如果第I个单相逆变器的直流侧电压高于其他单相逆变器的直流侧电压，则只有该单相逆变器直流侧的能量能通过直流侧能量反馈电路送到公共直流电压母线，同时通过直流侧能量回馈电路，公共直流电压母线的能量被传送到其他直流侧电压较低的单相逆变器直流电容，直到所有的直流侧电压达到相同的值。
下面介绍第一个单相逆变器的直流测电压平衡电路的具体工作原理T11、B11、L11和E1构成第一个单相逆变器的直流侧能量反馈电路，当该逆变器直流侧电压最高时，它将第一个单相逆变器的直流侧能量通过该电路传送到公共直流电压母线；而当该逆变器直流侧电压不是最高时，由于整流桥B11的作用，其能量将不能传递到公共直流电压母线。PS1、T12、B12和L14构成第一个单相逆变器的直流侧能量回馈电路，它将公共直流电压母线上的直流电能传送到第一个单相逆变器的直流电容。PS1是一个DC/AC变换器，它与T12一起将公共直流电压隔离变换成交流电压，经B12整流后通过平波电抗器将能量传递给第一个单相逆变器的直流侧电容。只有当某个单相逆变器的直流侧电压不是最高时，公共直流电压母线的能量才能经过该单相逆变器的直流侧能量回馈电路送到该单相逆变器的直流侧电容。因此，当系统达到稳态时，所有的单相逆变器的直流侧电压将相等。B12、B13、L12、L13和E11构成第一个单相逆变器的功率开关器件驱动电源辅助电路，它输出的直流电源V1+/V1-供第一个单相逆变器的功率开关器件驱动电源使用。其他单相逆变器的直流测电压平衡电路的工作原理与上述相同PS和二极管D构成公共启动直流电源，装置启动时它为每个单相逆变器的直流侧提供电能和并为每个单相逆变器功率器件的驱动电源提供电能。
权利要求
1.一种使直流侧电压保持平衡的电路，包括单相逆变器，其特征在于还包括一个直流侧能量反馈电路，一个公共直流电压母线，一个直流侧能量回馈电路，一个功率开关器件驱动电源辅助电路及一个公共启动直流电源；所述的直流侧能量反馈电路的两个输入端分别与单相逆变器的两个输出端相接；所述的直流侧能量回馈电路的正输出端与所述的单相逆变器的直流侧正端相接，负输出端与单相逆变器的直流侧负端相接；所述的直流侧能量反馈电路由一个单相三绕组隔离变压器，一个单相全桥整流器，一个滤波电感，一个滤波电容组成，其中的单相三绕组隔离变压器的一个绕组接到所述的单相逆变器的交流输出端，第二个绕组接到单相全桥整流器的交流输入端，第三个绕组接到所述的功率开关器件驱动电源辅助电路中的第一个单相全桥整流器的交流输入端；所述的单相全桥整流器的直流输出正端接到所述的滤波电感的一端，其直流输出负端接到所述的公共直流电压母线的负端，滤波电感的另一端接到公共直流电压母线的正端；所述的直流侧能量回馈电路由一个DC/AC逆变电源，一个单相三绕组隔离变压器，一个单相全桥整流器和一个滤波电感组成；所述的DC/AC逆变电源的直流输入正负端分别接到所述的公共直流电压母线的正负端，其交流输出与所述的单相三绕组隔离变压器的第一个绕组相连接，单相三绕组隔离变压器的第二个绕组接到单相全桥整流器的交流输入端，第三个绕组接到所述的功率开关器件驱动电源辅助电路中的第二个单相全桥整流器的交流输入端；所述的单相全桥整流器的直流输出正端接到滤波电感的一端，其直流输出负端接到所述的单相逆变器的直流侧电容负端，滤波电感的另一端接到所述的单相逆变器的直流侧电容正端；所述的功率开关器件驱动电源辅助电路由两个单相全桥整流器，两个滤波电感和一个滤波电容器组成；其中的两个单相全桥整流器的直流输出正端分别接到两个滤波电感的一端，两个滤波电感的另一端同时接到滤波电容器的正端，两个单相全桥整流器的直流输出负端同时接到滤波电容器的负端；所述的公共启动直流电源输入采用单相或三相交流电源，输出直流电源正负端分别接到公共直流电压母线的正负端。
全文摘要
本发明涉及一种使直流侧电压保持平衡的电路，电路包括单相逆变器、直流侧能量反馈电路、公共直流电压母线、直流侧能量回馈电路、功率开关器件驱动电源辅助电路及公共启动直流电源；直流侧能量反馈电路的两个输入端分别与单相逆变器的两个输出端相接；直流侧能量回馈电路的正输出端与单相逆变器的直流侧正端相接，负输出端与单相逆变器的直流侧负端相接。本发明的电路不需要设定装置运行时的直流电容电压值，理论上装置本身可以适应任意的直流电容电压，实际使用时装置可以适应从0到最大允许的直流电容电压；不需要进行直流电容电压的反馈闭环控制，电压高的电容储能自动流向电压低的电容器而不能反向流动，电压的平衡控制自动完成。
文档编号H02J3/38GK1437294SQ0311967
公开日2003年8月20日 申请日期2003年3月20日 优先权日2003年3月20日
发明者刘文华, 宋强, 于庆广, 滕乐天, 俞旭峰, 吴剑敏 申请人:清华大学, 上海市电力公司