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同步補償器被廣泛研究和應用于電力系統

發布日期:[2012-08-18]     點擊率:

20世紀80年代以來,隨著電力電子和計算機技術的進一步發展,一種更為先進的靜止無功補償裝置靜態型同步補償器(Static synchronous compensator, STATCOM)被廣泛研究和應用于電力系統。在STATCOM裝置中,主電路的核心部分是電壓型逆變器,并且已經實用化的補償裝置大多采用的是兩電平逆變器的多重化技術。但是,采用多重化的結構STATCOM由于主開關器件耐壓的限制,需要大量的笨重、昂貴、耗能的升降壓變壓器及連接變壓器,并且對諧波要求越高,需要連接的逆變器就越多,變壓器也越多,這大大增加了系統的體積和成本,能量損耗也增加。正是由于這些原因,采用多電平逆變器構成STATCOM主電路的方法引起了人們的關注,并成為研究的熱點。

多電平逆變器的思想早是由Nabae于20世紀80年代初提出的。它的一般結構是由幾個電平臺階(典型情況是電容電壓)合成階梯波以逼近正弦輸出電壓。這種變換器由于輸出電壓電平數的增加,使得輸出波形具有更好的諧波頻譜,并且每個開關器件所承受的電壓應力較小,從而無需均壓電路,可避免大的dv/dt所導致的各種問題。

主電路結構采用二極管箝位多電平逆變器的STATCOM裝置,通常被局限在五電平以下,因為若超過五電平,除需要大量的箝位二極管以外,其控制方法也變得很復雜,而且還不得不考慮多個電容由于充放電的差異而造成的電壓均衡問題,這又提高了對控制方法的要求。因此,采用這種結構的STATCOM主要采用三電平的結構,從而限制了在更高電壓等級的應用。


同步補償器


采用級聯逆變器作為STATCOM主電路可以省去大量鉗位二極管和電容,所以基于這種結構的STATCOM研究很多,但這種結構需要多個獨立儲能電容。當用于STATCOM主電路時,必須考慮多個電容電壓的平衡問題,這樣使控制方法非常復雜。為了減少對電網的諧波干擾,采用這種結構的STATCOM的每相常常要級聯多個全橋逆變器,這就需要大量的開關器件,成本大大增加。針對國內6kV中壓電網三相平衡負載的無功功率補償,結合二極管箝位多電平逆變器和級聯逆變器的特點,本文提出了一種能夠直接并入電網的主從型逆變器結構STATCOM,減少了各種功率器件的應用并消除了變壓器,實現STATCOM高壓大容量化、高效化、小型化和低成本化,且控制方法簡單實用。對逆變器的輸出電壓波形進行了仿真研究并給出了諧波頻譜。


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