明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，裝置由A、
B、C三相結(jié)構(gòu)相同的橋臂構(gòu)成，通過改變接線形式可以根據(jù)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)三相三線制輸出，或者三相四線制輸出。各相橋臂根據(jù)輸出電壓等級(jí)不同可設(shè)置I到N級(jí)集成多元儲(chǔ)能模塊的功率單元4或AN、BN、CN串聯(lián)。N為正整數(shù)，且根據(jù)具體電壓等級(jí)，以及采用開關(guān)器件的耐壓等級(jí)通過設(shè)計(jì)決定N的數(shù)值；N在理論上可以1-200，優(yōu)選1-30 ;當(dāng)電壓等級(jí)在1kV及其以下時(shí)，N為I至Ij 10級(jí)(380V到1kV)，如10級(jí)(1kV系統(tǒng))A、B、C三相橋臂分別為！A1,A〗，A3*** A10J B1, B2，B3…B10，C1, C2，C3…C1。所7]^。
[0032]每個(gè)集成多元儲(chǔ)能模塊的多元儲(chǔ)能功率單元4的內(nèi)部包括多元儲(chǔ)能功率模塊1，雙向可控整流模塊2，H橋逆變功率模塊3，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。其中多元儲(chǔ)能功率模塊可將多種儲(chǔ)能元件進(jìn)行并聯(lián)組合，圖2中給出了蓄電池與超級(jí)電容的組合，蓄電池通過串并聯(lián)達(dá)到設(shè)計(jì)的電壓與容量，并連接至移相諧振電路的直流母線(移相諧振電路1-2直流母線上設(shè)置移相諧振電路的直流母線電容5或Cb，Cs)，再通過電感1^與移相諧振電路1-2相連，S11, S12, S13, S14為蓄電池儲(chǔ)能單元用移相諧振電路的開關(guān)器件，可由帶并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT器件構(gòu)成。移相諧振電路1-2的輸出接諧振電容CH，與諧振電感L，之后通過高頻變壓器T1進(jìn)行升壓。同理，S 2—i，S2 2, S2 3, S2 4為超級(jí)電容單元用移相諧振電路的開關(guān)器件，也可由帶并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT器件構(gòu)成，移相諧振電路1-2的輸出接諧振電容Crf，與諧振電感Lrf，之后通過高頻變壓器T2進(jìn)行升壓。高頻變壓器1-3的高壓側(cè)采取并聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過并聯(lián)更多儲(chǔ)能單元，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)容。S3—i，S3—2，S3 3, S3 4為雙向可控整流電路的開關(guān)器件，也可由帶并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT器件構(gòu)成。雙向可控整流電路2輸出與H橋逆變功率模塊3直流母線電容5-1或Cd。相連。S S4 2, S4 3, S4 4為H橋逆變電路開關(guān)器件，由帶并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT器件構(gòu)成，Out_l與Out_2為集成多元儲(chǔ)能模塊的功率單元輸出。
[0033]當(dāng)集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，在僅實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功功率控制時(shí)，多元儲(chǔ)能功率模塊I以及雙向可控整流模塊2均不工作，H橋逆變功率模塊3按照STATCOM的控制原理控制S4—i，S4 2, S4 3, S4—4器件的開關(guān)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功功率的控制以及穩(wěn)定直流母線的電壓。
[0034]當(dāng)集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率控制且系統(tǒng)為釋放有功功率時(shí)，通過控制儲(chǔ)能單元的移相諧振電路S11, S12, S13, S14, S21, S2 2,
S23, S2 4的移相角將儲(chǔ)能元件的能量進(jìn)行釋放，雙向可控整流電路工作整流狀態(tài)，即開關(guān)器件S3—P S3 2, S3 3, S3 4不工作，僅并聯(lián)的續(xù)流二極管工作，通過控制諧振電路的移相角實(shí)現(xiàn)H橋逆變功率模塊直流母線電壓的穩(wěn)定控制。H橋逆變電路S41，S4 2, S4 3, S4 4工作在有源逆變狀態(tài)，并通過控制使得裝置輸出有功功率。
[0035]當(dāng)集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率控制且系統(tǒng)為吸收有功功率時(shí)，H橋逆變電路以及儲(chǔ)能單元的移相諧振電路工作在整流狀態(tài)，即S11, S12, S13, S14, S21, S2 2, S2 3, S2 4, S41, S4 2, S4 3, S4 4器件不工作，僅并聯(lián)的續(xù)流二極管工作。雙向可控整流電路工作在逆變狀態(tài)，通過控制開關(guān)器件s3—P S3 2, S3 3, S3 4實(shí)現(xiàn)能量的吸收與控制。
[0036]由此，本發(fā)明公開了一種集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，整體結(jié)構(gòu)由三相結(jié)構(gòu)相同的橋臂構(gòu)成，通過改變接線形式可以根據(jù)系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)三相三線制輸出，或者三相四線制輸出。該發(fā)明可以將將蓄電池和超級(jí)電容器設(shè)計(jì)成多個(gè)小型化的電路，再分別利用高頻移相諧振電路與級(jí)聯(lián)型STATCOM中各H橋功率單元直流母線進(jìn)行連接，由此，實(shí)現(xiàn)大容量多元儲(chǔ)能系統(tǒng)與STATCOM的一體化融合。集成多元儲(chǔ)能功率單元后，裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)有功與無功的調(diào)控。裝置可以接入超級(jí)電容、蓄電池等多種儲(chǔ)能元件，超級(jí)電容可用來平緩系統(tǒng)中頻繁的功率波動(dòng)，蓄電池可用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)消峰填谷的功能。各儲(chǔ)能元件利用獨(dú)立的高頻移相軟開關(guān)變換電路以及高頻變壓器與靜止無功發(fā)生器直流母線，變壓器的存在可以大幅度減少儲(chǔ)能單元的串聯(lián)數(shù)量，降低對(duì)元件參數(shù)一致性的要求。高頻隔離變壓器的存在，使得原、副方變換電路可進(jìn)行獨(dú)立的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能元件的在線更換，延長(zhǎng)裝置不間斷工作時(shí)間。多種儲(chǔ)能單元并聯(lián)工作，并且獨(dú)立控制，由此可實(shí)現(xiàn)各個(gè)儲(chǔ)能元件的最佳充放電控制，而且便于擴(kuò)展以增加系統(tǒng)容量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，其特征在于:由三相結(jié)構(gòu)相同的橋臂A、B、C構(gòu)成；各相橋臂均由至少一級(jí)至N級(jí)多元儲(chǔ)能功率單元串聯(lián)構(gòu)成，其中，多元儲(chǔ)能功率單元級(jí)數(shù)N為正整數(shù)，每個(gè)所述多元儲(chǔ)能功率單元由多元儲(chǔ)能功率模塊、雙向可控整流電路、H橋逆變功率模塊連接構(gòu)成；其中:多元儲(chǔ)能功率模塊中將多種儲(chǔ)能部件按以下方式進(jìn)行組合:各儲(chǔ)能部件構(gòu)成多元儲(chǔ)能電路，多元儲(chǔ)能電路與移相諧振電路連接，移相諧振電路輸出端連接高頻變壓器的低壓側(cè)；高頻變壓器的高壓側(cè)采用并聯(lián)形式連接，并與雙向可控整流電路的輸入端相連；H橋逆變功率模塊包括直流母線和H橋逆變電路兩部分，雙向可控整流電路輸出端與H橋逆變電路的直流母線相連接，直流母線輸出端接H橋逆變電路；將各級(jí)多元儲(chǔ)能功率單元中H橋逆變電路的輸出端進(jìn)行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，其特征在于:各相橋臂中至多有N級(jí)多元儲(chǔ)能功率單元串聯(lián)構(gòu)成，且三相橋臂A、B、C中各自包含的多元儲(chǔ)能功率單元級(jí)數(shù)相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，其特征在于:所述多元儲(chǔ)能功率單元中根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)置多種儲(chǔ)能元件，并由各自連接的移相諧振電路將儲(chǔ)能元件的直流輸出變成高頻交流，各移相諧振電路均由4只開關(guān)器件構(gòu)成，高頻交流電通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電壓的升高；雙向可控整流電路由四只帶續(xù)流二極管的開關(guān)器件構(gòu)成；H橋逆變功率模塊由直流電容構(gòu)成直流母線，由四只帶續(xù)流二極管的開關(guān)器件構(gòu)成H橋逆變電路。4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器，其特征在于:多種儲(chǔ)能元件通過串并聯(lián)達(dá)到設(shè)計(jì)的電壓與容量，并連接至移相諧振電路的直流母線，再通過電感與移相諧振電路相連。5.—種上述權(quán)利要求1-4之一所述集成多元儲(chǔ)能功率單元的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器的控制方法，其特征在于:在僅實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功功率控制時(shí)，多元儲(chǔ)能功率模塊以及雙向可控整流電路均不工作，H橋逆變功率模塊按照靜止同步補(bǔ)償器的控制原理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無功功率的控制以及穩(wěn)定直流母線的電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器的控制方法，其特征在于:在僅實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率控制，并且系統(tǒng)為釋放有功功率時(shí)，移相諧振電路工作在逆變狀態(tài)，雙向可控整流電路工作在整流狀態(tài)，通過控制移相角將對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能元件的能量進(jìn)行釋放，并實(shí)現(xiàn)H橋逆變功率模塊直流母線電壓的穩(wěn)定控制；H橋逆變功率電路工作在有源逆變狀態(tài)，并通過控制使得最后輸出有功功率。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器的控制方法，其特征在于:在僅實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功功率控制時(shí)，并且系統(tǒng)為吸收有功功率時(shí)，H橋逆變功率模塊與移相諧振電路均工作在整流狀態(tài)，雙向可控整流電路處于逆變工作狀態(tài)，通過控制雙向可控整流電路將直流母線上的能量進(jìn)行儲(chǔ)存。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種級(jí)聯(lián)型靜止無功發(fā)生器及控制方法，由三相結(jié)構(gòu)相同的橋臂構(gòu)成；各相橋臂均由至少一級(jí)至N級(jí)多元儲(chǔ)能功率單元串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)所述多元儲(chǔ)能功率單元由多元儲(chǔ)能功率模塊、雙向可控整流電路、H橋逆變功率模塊連接構(gòu)成，將各級(jí)多元儲(chǔ)能功率單元中H橋逆變電路的輸出端進(jìn)行級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓輸出。集成多元儲(chǔ)能功率單元后，裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)有功與無功的調(diào)控。可以接入超級(jí)電容、蓄電池等多種儲(chǔ)能元件，即可用來平緩系統(tǒng)中頻繁的功率波動(dòng)，又可用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)消峰填谷的功能?？梢源蠓葴p少儲(chǔ)能單元的串聯(lián)數(shù)量，降低對(duì)元件參數(shù)一致性的要求。同時(shí)實(shí)現(xiàn)各個(gè)儲(chǔ)能元件的最佳充放電控制，而且便于擴(kuò)展以增加系統(tǒng)容量。
【IPC分類】H02J3/18, H02J3/32, H02J3/24
【公開號(hào)】CN105162135
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510545565
【發(fā)明人】劉健, 秦實(shí)宏, 文小玲, 王振, 曾麗
【申請(qǐng)人】武漢工程大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月28日