专利名称：适用于中高压系统的三相二臂三电平有源电能质量补偿器的制作方法
技术领域：
本实用涉及有源电能质量补偿器，具体是一种适用于中高压系统的三相二臂三电平有源电能质量补偿器。
背景技术：
随着社会工业的发展，铁路交通，矿山冶金和石油石化行业中高压大功率负荷的投运，会产生大量的无功，负序和谐波电流，给电力系统中的发电、输电和变电设备的运行带来严重危害，增加系统的损耗，降低变压器出力等，严重影响电力系统的安全经济运行。 因此，必须采取有效措施抑制大功率负荷产生的无功和谐波电流等电能质量问题。针对上述的无功、谐波等问题，国内外学者已进行了一定的研究。大量的交流柔性输变电装置(FACTQ如APF，SATCOM和UPQC等被安装工业现场来进行无功和谐波的动态补偿，提高电力系统的电能质量。但是APF和SATCOM—般用在低压场合，采用普通的两电平结构。由于现在高压对大功率补偿装置的需求极为渴望与迫切，传统的两电平PWM逆变器依靠单个的开关管显然承受不了直流侧的高压。除了高压缺陷以外，传统两电平逆变器还存在以下问题1)高频产生很高的dv/dt和浪涌电压，引起电机绕组绝缘击穿；幻高频开关产生很大的器件电压应力和开关损耗，使效率降低；幻逆变器输出波形的谐波含量较大。为了解决上述两电平的缺陷，1980年日本学者Nabae等人提出中点钳位(Neutral point clamped three-level inverter，NPCTLI)三电平结构的逆变器，如图1所示，这种结构可以使主电路开关管的电压降低一半，可以使dv/dt降低一半，由于输出多了一个电平， 输出电压谐波含量减少。这样有利于采用低压器件实现高压输出，并且各开关器件间没有均压问题存在，减少了产品的设计，提高了设备的可靠性。后来，有学者又提出了电容箝位式、H桥串联式、主管辅助钳位式等多种多电平的结构，并延伸出了混合型和通用型等多电平结构，它们的出现为高压大容量电压型逆变器的研制开辟了一条新思路，极大丰富和发展了电力电子技术。实用内容本实用所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种结构简单、成本低、 可靠性高的基于三相二臂逆变器的适用于中高压系统的三电平有源电能质量补偿器。为解决上述技术问题，本实用所采用的技术方案是一种适应于中高压系统的三相二臂三电平有源电能质量补偿器，包括输出电抗器，还包括三电平逆变器和直流侧均压电路，三电平逆变器的A、B两相为三电平开关臂，C相为至少两个电容串联组成的支路，A、 B、C三相并联；三电平开关臂由四个串联的开关管和与两个串联的续流二极管组成，两个串联的续流二极管与中间两个开关管并联；直流侧均压电路由至少两个串联开关管与一个电感组成；直流侧均压电路的串联开关管支路与三电平逆变器并联，直流侧均压电路的电感与三电平逆变器C相的中点相连，三电平逆变器通过输出电抗器与中高压电网相连。所述直流侧均压电路开关管和平衡电感的额定电流在三电平开关臂开关管额定电流的5%之内。[0009]本实用采用两个三电平开关臂和一组串联的电容组成一个逆变器，与NPCTLI相比，结构上更为精简，采用了一种小容量实用的直流侧均压电路，由小容量的功率开关和平衡电感组成，可以实现直流侧电容的动态均压，提高装置的补偿性能和可靠性，维持两电容电压的平衡，提高了系统的可靠性。
图1为三电平二极管箝位式逆变器结构图；图2为本实用的系统结构图；图3为本实用的无功，负序和谐波电流检测框图；图4为本实用的整体控制框图。图5为本实用的直流侧电容的均压控制方法框图其中1 二极管箝位式三电平逆变器；2 输出电抗器；3:三电平逆变器；4:直流侧均压电路；5 前馈解耦式闭环控制方法。
具体实施方式
以下结合附图对本实用作进一步的说明。参见图1，图1为普通二极管箝位式三电平补偿器结构图。它由一个二极管箝位式三电平逆变器1和三个输出电抗器2组成。二极管箝位式三电平逆变器包括十二个功率开关器件和六个二极管。功率半导体器件所承受电压为直流母线电压的一半。普通NPCTLI 它在交流侧端电压会产生五个电压等级，输出波形畸变小，功率器件所承受的电压为ud。的一半，但其使用了过多的功率器件，成本高。参见图2，图2为本实用的结构图。本实用提出一种基于三相二臂三电平逆变器的补偿结构，如图2所示。它是由一个三电平逆变器3，直流侧均压电路4和三个输出电抗器2组成，并通过输出电抗器连入电网。图2中，三相逆变器的A相三电平开关臂由上对开关管Tal和Ta2，下对开关管T' 31和 T' a2及两个续流二极管Dal和Da2构成；三相逆变器的B相三电平开关臂由上对开关管Tbl 和Tb2，下对开关管T'b2及两个续流二极管Dbl和Db2构成；三相逆变器的C相臂由电容C1和C2组成。直流侧均压电路由小容量的开关管T1, T2和平衡电感Lb构成。传统的两点平电压源逆变器有六个功率开关器件，每个承受的电压为ud。，这种逆变器的缺点是不适宜用在高压大容量场合。普通NPCTLI它在交流侧端电压会产生五个电压等级，输出波形畸变小，功率器件所承受的电压为ud。的一半，但其使用了过多的功率器件。本实用提出的结构只需要两个三电平开关臂和一组串联的电容组成一个逆变器，与 NPCTLI比较，节省了一臂功率开关器件，但具有相同的补偿能力。因此，这种补偿结构更为精简。为了实现直流侧电容的均压并减少逆变器控制上的复杂性，本实用采用了一种直流侧均压电路，由小容量的功率开关和平衡电感组成，成本低，装置性能却更加可靠。图2中，Vsa，Vsb，Vs。分别是交流电源电压，滤波电感为L，直流侧电容为C1和C2，逆变器的交流端输出电流为iCa，ia，込。三相交流系统的C相直接连接到两直流电容的中点。
权利要求1.一种适应于中高压系统的三相二臂三电平有源电能质量补偿器，包括三个输出电抗器，其特征在于，还包括三电平逆变器和直流侧均压电路，三电平逆变器的A、B两相为三电平开关臂，C相为至少两个电容串联组成的支路，A、B、C三相并联；三电平开关臂由四个串联的开关管和与两个串联的续流二极管组成，两个串联的续流二极管与中间两个开关管并联；直流侧均压电路由至少两个串联开关管与一个电感组成；直流侧均压电路的串联开关管支路与三电平逆变器并联，直流侧均压电路的电感与三电平逆变器C相的中点相连，三电平逆变器通过输出电抗器与中高压电网相连。
2.根据权利要求1所述的适应于中高压系统的三电平有源电能质量补偿器，其特征在于，所述直流侧均压电路开关管和电感的额定电流在三电平开关臂开关管额定电流的5% 之内。
专利摘要本实用公开了一种适应于中高压系统的三相二臂三电平有源电能质量补偿器，其由三个输出电抗器，三电平逆变器和直流侧均压电路组成，三电平逆变器由两个三电平开关臂和一组串联的电容组成，在直流侧采用一种均压电路，由两个容量很小的功率开关和平衡电感组成，可以实现直流侧电容电压的均衡，在具有同样功能的前提下，与现有技术相比，本实用减小了补偿系统的硬件成本和复杂度，提高了补偿系统的可靠性。
文档编号H02J3/01GK202084941SQ201120190298
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者吴传平, 孙运宾, 尹萌, 沈遥, 王逸超, 罗安, 马伏军 申请人:湖南大学