配电变压器集成式级联型静止补偿器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种配电变压器集成式级联型静止补偿器，包括配电变压器、级联型静止补偿模块、输出滤波器和控制平台，配电变压器高压侧的每相绕组的中心处设置有连接抽头作为补偿电流的注入点，连接抽头通过输出滤波器连接级联型静止补偿模块的交流输出端，级联型静止补偿模块的控制输入端连接控制平台，控制平台用于采集配电变压器高、低压侧及连接抽头处的电压和电流信息，依据这些信息生成跟踪指令电流信号，利用跟踪指令电流信号控制级联型静止补偿模块的输出实现补偿。本发明将级联型多电平结构和配电变压器进行集成，提高了配网静止补偿器的容量，改善了配网的电能质量。
【专利说明】配电变压器集成式级联型静止补偿器
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统无功补偿领域，具体涉及一种将配电变压器和级联链式STATC0M(静止同步补偿器，Static Synchronous Compensator)相集成的一体化静止无功补偿器。
【背景技术】
[0002]传统配电网无功补偿器(D-STATC0M)多采用在负荷侧直接进行无功补偿，如图1所示，由于接入电压等级低、安装分散，补偿容量受到限制，总体无功补偿容量利用率不高；而采用图2所示的在配网系统高压侧进行大容量集中补偿又面临接入点电压高，主电路通常无法或难于直接与系统相连的问题。
[0003]为了提高配电网无功补偿的容量，降低接入点电压，相关专利(专利号:ZL2011 I0095451.4)提出图3所示的DT-STATC0M技术方案，以配电变压器的抽头作为静止补偿装置的接入点。该方案在一定程度上降低了接入点电压，但静止补偿模块采用的是电压源型三相桥式PWM整流器，采用两电平或三电平结构，仍存在以下有待改进的问题:
[0004]I单个开关器件仍承受较大的开关应力，对全控型开关器件的耐压水平要求较高，静止补偿装置接入点不能大范围灵活配置，补偿容量受限；
[0005]2逆变器输出电压波形电平数较少，谐波含量较大，为实现输出并网需要设计复杂的高阶LCL滤波器；
[0006]3三相不独立，不具备分相独立控制能力，无法克服电力系统三相不平衡的影响；
[0007]4模块化实现困难，不利于扩展，且需要设置阻容吸收电路。
【发明内容】
[0008]本发明提出一种配电变压器集成式级联型静止补偿器，通过采用级联型主电路结构，从配电变压器高压侧中心抽头注入补偿电流来实现无功补偿，既降低了接入电压，减少了级联单元数，又增大了无功补偿容量。
[0009]配电变压器集成式级联型静止补偿器，包括配电变压器、级联型静止补偿模块、输出滤波器和控制平台，配电变压器的高压侧连接电力系统，配电变压器的低压侧连接负载，配电变压器高压侧的每相绕组的中心处设置有连接抽头作为补偿电流的注入点，连接抽头通过输出滤波器连接级联型静止补偿模块的交流输出端，级联型静止补偿模块的控制输入端连接控制平台，控制平台用于采集配电变压器高、低压侧及连接抽头的电压和电流信息，依据这些电压和电流信息生成跟踪指令电流信号，利用跟踪指令电流信号控制级联型静止补偿模块的输出实现补偿。
[0010]进一步地，所述级联型静止补偿模块采用级联链式结构作为主电路拓扑，每相均采用多个全桥结构串联组成，三相之间采用星形或三角形接法。
[0011]进一步地，所述全桥结构为2H桥。
[0012]进一步地，所述输出滤波器充分考虑变压器连接漏抗，采用较小的滤波电抗实现并网。
[0013]进一步地，所述控制平台采用DSP+FPGA架构，采集配电变压器高低压侧电压电流信息以及补偿模块直流母线电压信息，经综合计算变换到连接抽头处进行指令电流跟踪。
[0014]本发明的技术方案，相对于现有的DT-STATC0M技术，具有以下技术效果:
[0015]I本发明以级联型链式结构作为主电路拓扑，补偿模块输出电压和容量可以通过增减模块数量灵活配置，易于实现模块化，方便扩展；
[0016]2本方案单开关管承受的开关应力较小，扩大了器件的选型范围，有利于采用较高的开关频率，进一步简化输出滤波器的设计；
[0017]3本方案可以采用独立直流源，使三相可以独立进行控制，能够克服电力系统三相不平衡；
[0018]4静止补偿模块采用模块化冗余设计，单一功率单元故障不影响系统整体工作，提高了系统的可靠性；
[0019]5本方案逆变器输出电压电平数较多，波形更接近正弦波，通过变压器抽头连接注入时，可以充分利用变压器漏抗，减小滤波电抗的体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有低压侧分散补偿的D-STATC0M技术方案示意图。
[0021]图2为现有经连接变压器接入配电变压器高压侧方案示意图。
[0022]图3为现有DT-STATC0M技术方案示意图。
[0023]图4为本发明配电变压器集成式级联型静止补偿器整体结构示意图。
[0024]图5为本发明级联型补偿模块经L滤波接入Y形绕组中心抽头方案示意图。
[0025]图6为本发明级联型补偿模块接入Λ形绕组中心抽头一体化方案。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]本发明的配电变压器集成化级联型静止补偿器，通过在配电变压器的高压绕组中心设置连接抽头，将级联型静止补偿模块与配电网并联连接，构成一体化结构，来实现无功补偿和电能质量控制。该发明整体结构如图4所示，主要包括中心抽头配电变压器、输出滤波器、级联型静止补偿模块和控制平台。
[0028]本发明的配电变压器集成式级联型静止补偿器中，针对配电变压器高压侧采用Λ形或Y形接线方式，均在每相绕组的中心处设置连接抽头，这样，STATC0M接入点电压降为原来的一半。以10KV/0.4KV配电变压器为例，参见图6，如果高压侧采用Λ形接线，接入点电压为线电压的一半，只有5KV ;参见图5，如果高压侧采用Y形接线方式，接入点电压为线电压的VJ/2倍，只有3KV左右。
[0029]本发明方案中静止补偿模块采用全桥结构作为基本单元，每相由多个基本单元依次串联而成，三相采用星形或者三角形接线方式相互连接:星形接线每相可承受电压为相电压，而三角形接法每相承受电压为线电压。三角形接线虽然接入电压低，但提供最大补偿电流为星形接法的#倍。在并网电压相同的情况下，采用三角形接线的STATCOM需要的级联级数较多，考虑大功率开关器件成本较高，所以从单台装置成本来开率，本发明主要采用星形接法作为主接线方式。级联级数根据接入点电压等级和采用的开关器件水平来确定。全桥结构可采用2H桥和3H桥等结构，本发明优选采用2H桥级联拓扑结构，可以有效的消除谐波，使输出电压更接近于正弦波，从而简化了输出滤波器的设计。本发明中配电变压器高压侧主要采用三角形接线方式，接入点电压为5KV，设计采用1700V的IGBT作为开关器件，考虑足够的安全裕量和冗余设计的需要，采用7级级联方式，其中I级为冗余结构。
[0030]本发明方案充分考虑变压器漏抗，采用较小的滤波电感进行滤波，具体可采用滤波器电抗器作为输出滤波器，由于主电路采用多单元级联的方式，便于采用高频PWM控制方式，器件开关频率较高，输出电压中电平数较多，谐波频率较高，容易滤除。进一步，本方案采用变压器中心抽头注入补偿电流，考虑配电变压器的漏电抗，可以有效减小滤波电抗器的电感值，减小电抗器的体积。
[0031]本发明的控制平台实现对静止补偿模块的控制和触发。如图4所示，控制平台采集配电变压器高压侧的电压usab。、电流Isab。，低压侧的电压U-。、电流1-。，抽头处的电压Ulab。、电流IIab。；为了对逆变器直流侧的电容进行均压控制，控制平台也采集直流电容电压Vdc，通过H桥自身能量平衡控制方法实现直流母线电压均压控制。控制平台主要采用DSP和FPGA架构，根据不同的电能质量控制要求，利用变压器低压侧的电压、电流信息计算得到实际所需要的无功功率或谐波电流，考虑电磁耦合传变的幅值和相角变化，结合高压侧和连接抽头处的电压、电流信息，计算得到连接抽头的无功功率或无功电流的指令信号。另外，由于采用多单元级联方式的主电路拓扑结构，控制平台也可以根据需要采用分相控制或者三相协调控制，在相应的控制策略下得到对应的指令电流信号。跟踪指令电流信号的具体算法为所在领域公知技术，此处不再赘述。
[0032]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.配电变压器集成式级联型静止补偿器，包括配电变压器、级联型静止补偿模块、输出滤波器和控制平台，配电变压器的高压侧连接电力系统，配电变压器的低压侧连接负载，配电变压器高压侧的每相绕组的中心处设置有连接抽头作为补偿电流的注入点，连接抽头通过输出滤波器连接级联型静止补偿模块的交流输出端，级联型静止补偿模块的控制输入端连接控制平台，控制平台用于采集配电变压器高、低压侧及连接抽头的电压和电流信息，依据这些电压和电流信息生成跟踪指令电流信号，利用跟踪指令电流信号控制级联型静止补偿模块的输出实现补偿。
2.根据权利要求1所述的配电变压器集成式级联型静止补偿器，其特征在于，所述级联型静止补偿模块采用级联链式结构作为主电路拓扑，每相均采用多个全桥结构串联组成，三相之间采用星形或三角形连接。
3.根据权利要求2所述的配电变压器集成式级联型静止补偿器，其特征在于，所述全桥结构为2H桥。
4.根据权利要求1或2所述的配电变压器集成式级联型静止补偿器，其特征在于，所述输出滤波器采用滤波器电抗器。
5.根据权利要求1所述的配电变压器集成式级联型静止补偿器，其特征在于，所述控制平台采用DSP+FPGA架构。
【文档编号】H02J3/18GK104201690SQ201410356443
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】尹项根, 张哲 , 文明浩, 王存平, 雷二涛, 刘晓宇 申请人:华中科技大学