用于無功功率補償的靜態同步補償器(36)，該靜態同步補償器(36)包含：包括第一和第二DC端(40、42)的至少一個初級補償支路(38)和在使用中用以連接AC網絡(58)的AC端(44)，該或每個初級補償支路(38)限定了第一和第二支路部分(50、52)，每個支路部分(50、52)包括至少一個開關元件(54)，開關元件在相應的第一和第二DC端(40、42)之一和AC端(44)之間與鏈節轉換器(56)串聯，第一和第二支路部分(50、52)的開關元件(54)可操作用于將相應鏈節轉換器(56)切入相應DC端(40、42)和AC端(44)之間的電路中或從該電路中切換出，并且鏈節轉換器(56)可操作用于在AC端(44)產生電壓波形；以及包括連接在第一和第二DC端(40、42)之間的至少一個DC鏈路電容器(48)的次級補償支路(46)，次級補償支路(46)與該或每個初級補償支路(38)并聯。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于無功功率補償中的靜態同步補償器。
技術介紹
在高壓直流電力傳輸中，交流(AC)電力被轉換為高壓直流(DC)電力以通過架空線和/或海底電纜傳輸。這種轉換降低了每千米線路和/或電纜的成本，因而當電力需要遠距離傳輸時具有成本效益。一旦所傳輸的電力到達其目的地，在被分配給當地網絡之前，高壓DC電力被轉換回AC電力。在不同網絡條件下，通過AC傳輸線路的電力傳輸可能會經歷電壓特性上的波動，這可能引起背離標準值。通過在調節裝置和AC傳輸線路之間的無功功率交換，這種波動可以被最小化。這種調節裝置被稱為靜態同步補償器(靜止補償器)。 在圖IA中顯示已知靜態同步補償器的一種形式，其包括六組串聯的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT) 20和反并聯二極管22。IGBT 20被一起串行連接和切換，以使得能夠實現十兆瓦級至百兆瓦級的高額定功率。然而，這種方法需要復雜的有源IGBT驅動，并且可能需要大型的無源緩沖器元件來保證在切換期間IGBT 20串聯串上的高電壓被適當地均分。此外，IGBT 20需要在AC電源頻率的每個周期上在高電壓下導通和截止多次，以控制被饋送給AC網絡24的諧波電流。這些因素導致高損耗、高電磁干擾水平和復雜的設計。在圖IB中顯示另一種已知靜態同步補償器，其包括多級布置。該多級布置包括由單元28串聯組成的轉換橋26，每個轉換單元28包括與電容器30并聯的一對串聯的IGBT20。每個轉換單元28在不同時間被切換，因為單獨的轉換單元28并不同時切換，并且轉換步進比較小，因此這種布置消除了與串聯的IGBT20直接切換相關的問題。然而，每個轉換單元28的電容器30必須具有高電容值以抑制在多級布置中電容器端子處的電壓變化。為了實現轉換支路34的并聯和運行，還需要六個DC側電感器32，并且其主要被用于限制轉換支路34之間的瞬變電流。這些因素導致昂貴、大型和沉重的設備，其具有大量存儲能量，使得該設備的預組裝、測試和運輸變得困難。
技術實現思路
根據本專利技術的一方面，提供了一種用于無功功率補償的靜態同步補償器，該靜態同步補償器包含包括第一和第二 DC端的至少一個初級補償支路和在使用中用以連接AC網絡的AC端，該初級補償支路或每個初級補償支路限定了第一和第二支路部分，每個支路部分包括至少一個開關元件，開關元件在相應的第一和第二 DC端之一和AC端之間與鏈節轉換器串聯，第一和第二支路部分的開關元件可操作用于將各自的鏈節轉換器切入各自DC端和AC端之間的電路中或從該電路中切換出，并且鏈節轉換器可操作用于在AC端產生電壓波形；以及包括連接在第一和第二DC端之間的至少一個DC鏈路電容器的次級補償支路，該次級補償支路與該初級補償支路或每個初級補償支路并聯。次級補償支路的提供使靜態同步補償器能夠與所連接的AC網絡交換無功功率，以改善AC網絡的穩定性和電壓控制。這是通過以下來實現的使用DC鏈路電容器作為提供無功功率的源或吸收無功功率的容器，并在每個支路部分中使用鏈節轉換器來提供對AC網絡和DC鏈路電容器之間無功功率交換的良好控制。與每個支路部分中的鏈節轉換器串聯的一個或多個開關元件的串聯組合以將支路部分切入各自DC端和AC端之間的電路中或從該電路中切換出是有利的，這是因為它減少了每個鏈節轉換器否則需要產生的電壓范圍。而這又使每個鏈節轉換器中的元件數量被最小化，并且因而導致在大小、重量和成本方面的節省。在本專利技術的實施例中，次級補償支路可以包括串聯的兩個DC鏈路電容器，DC鏈路電容器之間的節點在使用中被接地連接。 在本專利技術的其他實施例中，次級補償支路可以包括具有中心抽頭的DC鏈路電容器，該中心抽頭在使用中被接地連接。在次級補償支路中，提供兩個DC鏈路電容器或具有中心抽頭的DC鏈路電容器提供了可以被接地連接的中間節點。將這點接地為靜態同步補償器提供了參考電壓，并使設備內的電壓應力能夠得到限定和控制。在其他實施例中，設備內的其他點可以被用來提供接地參考。優選地，每個鏈節轉換器可操作用于當相應支路部分被從電路中切換出時產生電壓來抵消支路部分兩端的電壓并因而最小化相應開關元件兩端的電壓。這種特點是有利的，因為它減少了實現開關元件所需的串聯器件的數量，這使硬件的大小、重量和成本最小化。當支路部分被切換到電路外時降低每個支路部分中開關元件兩端的電壓也是有利的，因為這在各自開關元件在斷開和閉合位置之間來回切換時的傳導和切換消耗最小化。優選地，每個支路部分的鏈節轉換器包括串聯的模塊的鏈，每個模塊包括與能量儲存裝置并聯的至少一對次級開關元件，該次級開關元件在使用中可操作用于使得模塊的鏈限定步進可變電壓源。串聯模塊的鏈的使用使每個鏈節轉換器能提供電壓，該電壓可通過將額外的模塊接入鏈中以提供比由每個單獨模塊提供的電壓高的電壓而以遞增步進得以增加。因而，這種布置使得由每個支路部分的鏈節轉換器提供的電壓發生變化，以使得在AC端產生電壓波形。在次級補償支路或連接至靜態同步補償器的AC網絡發生故障而導致在靜態同步補償器中的高故障電流的情況下，鏈節轉換器中的模塊的次級開關元件可以被操作用于將模塊接入鏈中，以提供與AC網絡電壓相反或匹配的電壓，并且因而降低靜態同步補償器中的故障電流。在本專利技術的實施例中，鏈節轉換器的所述模塊或每個模塊可包括以全橋布置與各自能量儲存裝置并聯的兩對次級開關元件，以限定能夠提供正電壓或負電壓并能在雙向弓I導電流的4-象限雙極模塊。4-象限雙極模塊能提供正電壓或負電壓的能力意味著每個鏈節轉換器兩端的電壓可以由提供正電壓或負電壓的模塊的組合來建立。因而，通過控制所述模塊在提供正電壓或負電壓之間交替，各能量儲存器中的能量水平可以被維持在最佳水平。在每個支路部分的鏈節轉換器中使用全橋模塊，也使鏈節轉換器能夠在AC端提供超過連接至第一和第二 DC端的DC網絡的DC電壓的輸出電壓。在本專利技術的其他實施例中，鏈節轉換器的所述模塊或每個模塊可以包括以半橋布置與各自能量儲存裝置并聯的一對次級開關元件，以限定能夠提供正電壓或零電壓并能在雙向引導電流的2-象限模塊。該能量儲存裝置或每個能量儲存裝置可以是能存儲和釋放其電能以提供電壓的任何裝置，因而可以包括電容器、燃料電池、蓄電池或具有相關整流器的輔助AC發電機。這種靈活性在設備可用性可能由于區域的傳輸困難而變化的不同地點的轉換器站設計中是有用的。例如，在離岸風電場上的每個模塊的能量儲存裝置可以是連接至風輪機的輔助AC發電機。 每個支路部分的所述開關元件或每個開關元件優選包括半導體器件，并且可以包括絕緣柵雙極型晶體管、柵極可關斷晶閘管或集成柵控晶閘管。每個鏈節轉換器也優選包括至少一個半導體器件，并且可以包括絕緣柵雙極型晶體管、柵極可關斷晶閘管或集成柵控晶閘管。半導體器件的使用是有利的，因為這種器件體積小且重量輕，并具有相對低的功率消耗，這使得對制冷設備的需求最小化。因此，這導致功率轉換器成本、大小和重量的顯著減小。半導體器件的快速切換特征使靜態同步補償器能快速響應AC網絡的AC電壓特性的變化。靜態同步補償器的快速響應使引起電力傳輸設備損壞的AC電壓特性的任何浮動的風險最小化。在本專利技術的實施例中，靜態同步補償器可以包括多個初級補償支路，每個支路包括用以連接至多相AC網絡的相應相的AC端。在這種靜態同步補償器中，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
【專利技術屬性】
技術研發人員：威廉·克魯克斯，戴維·特雷納，科林·奧茨，
申請(專利權)人：阿爾斯托姆科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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