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同步补偿器被广泛研究和应用于电力系统

发布日期:[2012-08-18]     点击率:

20世纪80年代以来,随着电力电子和计算机技术的进一步发展,一种更为先进的静止无功补偿装置静态型同步补偿器(Static synchronous compensator, STATCOM)被广泛研究和应用于电力系统。在STATCOM装置中,主电路的核心部分是电压型逆变器,并且已经实用化的补偿装置大多采用的是两电平逆变器的多重化技术。但是,采用多重化的结构STATCOM由于主开关器件耐压的限制,需要大量的笨重、昂贵、耗能的升降压变压器及连接变压器,并且对谐波要求越高,需要连接的逆变器就越多,变压器也越多,这大大增加了系统的体积和成本,能量损耗也增加。正是由于这些原因,采用多电平逆变器构成STATCOM主电路的方法引起了人们的关注,并成为研究的热点。

多电平逆变器的思想早是由Nabae于20世纪80年代初提出的。它的一般结构是由几个电平台阶(典型情况是电容电压)合成阶梯波以逼近正弦输出电压。这种变换器由于输出电压电平数的增加,使得输出波形具有更好的谐波频谱,并且每个开关器件所承受的电压应力较小,从而无需均压电路,可避免大的dv/dt所导致的各种问题。

主电路结构采用二极管箝位多电平逆变器的STATCOM装置,通常被局限在五电平以下,因为若超过五电平,除需要大量的箝位二极管以外,其控制方法也变得很复杂,而且还不得不考虑多个电容由于充放电的差异而造成的电压均衡问题,这又提高了对控制方法的要求。因此,采用这种结构的STATCOM主要采用三电平的结构,从而限制了在更高电压等级的应用。


同步补偿器


采用级联逆变器作为STATCOM主电路可以省去大量钳位二极管和电容,所以基于这种结构的STATCOM研究很多,但这种结构需要多个独立储能电容。当用于STATCOM主电路时,必须考虑多个电容电压的平衡问题,这样使控制方法非常复杂。为了减少对电网的谐波干扰,采用这种结构的STATCOM的每相常常要级联多个全桥逆变器,这就需要大量的开关器件,成本大大增加。针对国内6kV中压电网三相平衡负载的无功功率补偿,结合二极管箝位多电平逆变器和级联逆变器的特点,本文提出了一种能够直接并入电网的主从型逆变器结构STATCOM,减少了各种功率器件的应用并消除了变压器,实现STATCOM高压大容量化、高效化、小型化和低成本化,且控制方法简单实用。对逆变器的输出电压波形进行了仿真研究并给出了谐波频谱。


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