一種h橋串聯(lián)型statcom的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交 流側(cè)供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著H橋串聯(lián)型STATC0M所接入的電網(wǎng)電壓不斷提高，H橋單元的低成本、高可靠 性供電電源成為設(shè)計(jì)H橋串聯(lián)型STATC0M的H橋單元的一個(gè)很大挑戰(zhàn)。利用交流輸入的 取能電源從H橋交流側(cè)通過開關(guān)電源第一級(jí)隔離變壓器和第二級(jí)二極管整流電路直接獲 取能量可以降低對(duì)取能電源中隔離變壓器電壓絕緣的要求，從而降低取能電源的體積和成 本。
[0003] 現(xiàn)有H橋串聯(lián)型STATC0M的H橋單元交流側(cè)取能技術(shù)分為低壓交流取能和高壓交 流取能。低壓交流取能采用高絕緣電壓的變壓器從低壓側(cè)向H橋單元高壓側(cè)輸送能量，但 是，高絕緣電壓的變壓器體積大、價(jià)格高，當(dāng)要求的絕緣電壓大于30kV時(shí)，體積和價(jià)格都超 出常規(guī)工程可承受的范圍；高壓交流取能采用AC/DC開關(guān)電源通過內(nèi)部隔離變壓器從H橋 交流側(cè)獲取能量，但是，單個(gè)H橋供電的取能電源供電方式在H橋發(fā)生故障導(dǎo)致交流輸出電 壓變化時(shí)，會(huì)影響取能電源的正常取能，因此，不易實(shí)現(xiàn)H橋單元的冗余運(yùn)行；通過數(shù)量為N 的多個(gè)AC/DC開關(guān)電源通過內(nèi)部隔離變壓器使N個(gè)H橋單元通過交流側(cè)向一個(gè)H橋單元供 電，可實(shí)現(xiàn)H橋單元的N-I冗余運(yùn)行，但是，多個(gè)AC/DC開關(guān)電源向單個(gè)H橋供電時(shí)需要考 慮多個(gè)AC/DC開關(guān)電源之間的輸入能量分配問題，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)影響H橋單元的直流電容 電壓之間的一致性，進(jìn)而影響輸出電壓和電流波形質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)，解決 了現(xiàn)有技術(shù)中存在的H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元取能影響輸出電壓和電流波形質(zhì)量的 問題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系 統(tǒng)，包括分別連接在三相線的每一線上的Link模塊串，每個(gè)Link模塊串均包括依次連接的 link模塊和電感Ls，3個(gè)電感Ls與Link模塊非連接的一端均連接在一起。
[0006] 本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0007] Link模塊的具體結(jié)構(gòu)為：包括CMC模塊，CMC模塊由若干依次連接的HB模塊組成， 每個(gè)HB模塊對(duì)應(yīng)連接一個(gè)交流側(cè)取能電源模塊，每個(gè)交流側(cè)取能電源模塊還與HB模塊旁 的風(fēng)扇（9)接，HB模塊內(nèi)部是由相同的4個(gè)IGBT管A、IGBT管B、IGBT管C、IGBT管D連 接組成，IGBT管A和IGBT管C的共集電極，IGBT管B和IGBT管D共發(fā)射極，IGBT管A的 集電極和IGBT管B的發(fā)射極之間連接有直流側(cè)電容C，IGBT管A的發(fā)射極和IGBT管B的 集電極連接，IGBT管C的發(fā)射極和IGBT管D的集電極連接后同時(shí)連接至下一級(jí)HB模塊的 IGBT管A的發(fā)射極和IGBT管B的集電極之間，IGBT管A的發(fā)射極和IGBT管B的集電極連 接線上設(shè)有結(jié)點(diǎn)E，IGBT管C的發(fā)射極和IGBT管D的集電極連接線上設(shè)有結(jié)點(diǎn)F。
[0008]HB模塊的數(shù)量N、直流側(cè)電容的容值C的具體計(jì)算步驟如下：
[0009] 步驟1、首先根據(jù)H橋串聯(lián)型STATCOM的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)的系統(tǒng)線電壓 Uab和負(fù)載最大無功功率Q ，確定H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)的額定 電流Is，額定電流Is的選取依照公式為：
[0011] 步驟2、根據(jù)步驟1得到的額定電流Is，然后確定H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元 交流側(cè)供電系統(tǒng)中連接的電感Ls的電感值L s，具體公式如下：
[0013] 式（2)中，f為電網(wǎng)頻率，f = 50Hz，
[0014] 同時(shí)根據(jù)本系統(tǒng)中的確定的額定電流13的值選取IGBT管的型號(hào)及IGBT管并聯(lián) 的數(shù)量，在本系統(tǒng)中，n rcBT= 2, IGBT管型號(hào)滿足以下條件：IGBT管的電流I rcBT大于額定電 流Is，IGBT管的電壓Vigbt取值為1200V、1700V、3300V，表達(dá)式為：
[0015] HigbtIigbt〉Is (3)
[0016] VigbtG {1200,1700,3300} (4)
[0017] 步驟3、根據(jù)步驟2確定的IGBT管的型號(hào)，確定HB模塊的數(shù)量N、直流側(cè)電容C的 容值C，具體公式如下：
[0020] 交流側(cè)取能電源模塊的具體結(jié)構(gòu)為：包括三級(jí)依次連接的二極管整流橋AC/DC開 關(guān)電源，每級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源的正負(fù)輸入端之間均連接有變壓器T，每級(jí)二極 管整流橋AC/DC開關(guān)電源的正輸出端均連接至結(jié)點(diǎn)B，每級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源的 負(fù)輸出端均連接至結(jié)點(diǎn)C，結(jié)點(diǎn)B和結(jié)點(diǎn)C連接至微直流母線上，結(jié)點(diǎn)B和結(jié)點(diǎn)C之間的微 直流母線上還連接有電容C2,電容C2的兩端連接至DC/DC開關(guān)電源，每個(gè)交流側(cè)取能電源 模塊內(nèi)的第二級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源的輸入端連接的變壓器T與所在的交流側(cè)取 能電源模塊對(duì)應(yīng)連接的HB模塊7的結(jié)點(diǎn)E、結(jié)點(diǎn)F連接，同時(shí)，每個(gè)交流側(cè)取能電源模塊內(nèi) 的第二級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源輸入端連接的變壓器T還與下一級(jí)交流側(cè)取能電源 模塊內(nèi)的第一級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源輸入端連接的變壓器T連接，每個(gè)交流側(cè)取 能電源模塊內(nèi)的第三級(jí)二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源輸入端連接的變壓器T還與下一級(jí)交 流側(cè)取能電源模塊對(duì)應(yīng)連接的HB模塊的結(jié)點(diǎn)E、結(jié)點(diǎn)F連接。
[0021] 交流側(cè)取能電源模塊的設(shè)計(jì)功率Pk計(jì)算步驟如下：
[0022] 步驟a、根據(jù)步驟2中確定的IGBT管型號(hào)，確定IGBT管的參數(shù)：Em，E tjff, Ed，Vce， fsw，1_，Vf和工作狀態(tài)d，然后依據(jù)確定的IGBT管的參數(shù)和工作狀態(tài)d計(jì)算IGBT管總損耗 P iraJP HB模塊的損耗p h，具體如下：
[0023] IGBT管的開關(guān)損耗為：
[0024] Psw= fswX(Eon+Eoff) Xiyinoffl (7)
[0025] IGBT管的導(dǎo)通損耗為：
[0026] Pconc=VceXIsXd (8)
[0027] IGBT管內(nèi)部反并聯(lián)二極管的開關(guān)損耗為：
[0028] Pd= fswXEdXIs/In〇ffl (9)
[0029] IGBT管內(nèi)部反并聯(lián)二極管的導(dǎo)通損耗為：
[0030] Pc〇nd=VfXIsX(l-d) (10)
[0031] IGBT管的總損耗P為：
[0032] PlGBT-Psw+PconG+Pd +Pcond (工工）
[0033] HB模塊的混合損耗為：
[0034] Ph= 2XnIGBTX (Psw+Pd) (12)
[0035] HB模塊的總損耗為：
[0036] Ph= 2XnIGBTXPIGBT (13)
[0037] 步驟b、根據(jù)HB模塊的總損耗PjP所述風(fēng)扇的能效比著，計(jì)算HB模塊旁的風(fēng)扇的 實(shí)際功Spf，具體如下：
[0039] 步驟c、根據(jù)HB模塊的總損耗Ph和風(fēng)扇的實(shí)際功耗Pf，以及系統(tǒng)中其它損耗Prtfe, 計(jì)算交流側(cè)取能電源模塊的設(shè)計(jì)功率Pk，具體如下：
[0040] Pk= P F+Pother (15)
[0041] 步驟d、根據(jù)交流側(cè)取能電源模塊的設(shè)計(jì)功率PjP HB模塊的混合損耗P h，判斷交 流側(cè)取能電源模塊的電壓調(diào)整能力是否滿足要求，具體如下：
[0042] 如果PK> = Ph，則說明交流側(cè)取能電源模塊滿足電壓調(diào)整的要求，Pk保持不變；
[0043] 如果PK〈Ph，則說明交流側(cè)取能電源模塊不能滿足電壓調(diào)整的要求，此時(shí)令P k= Ph，使交流側(cè)取能電源模塊滿足電壓調(diào)整的要求。
[0044] 步驟a中IGBT管的工作狀態(tài)d = 0. 8。
[0045] 步驟b中風(fēng)扇的能效比3=2.5。
[0046] 步驟c中系統(tǒng)的其它損耗Prthw= 20W~100W。
[0047] 二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源的具體結(jié)構(gòu)為：包括依次同向連接的二極管Dl、二 極管D2,二極管Dl、二極管D2的連接結(jié)點(diǎn)與變壓器T的正輸出端連接，變壓器T的負(fù)輸出 端與通向連接的二極管D3、二極管D4的連接結(jié)點(diǎn)連接，二極管D1、二極管D3的正向輸出端 連接后連接至結(jié)點(diǎn)A，二極管D2、二極管D4的正向輸入端連接后連接至結(jié)點(diǎn)D，結(jié)點(diǎn)A和結(jié) 點(diǎn)D之間連接有電容C3,電容C3的正電壓端與結(jié)點(diǎn)B連接，電容C3的負(fù)電壓端與結(jié)點(diǎn)C連 接。
[0048] 交流側(cè)取能電源模塊的內(nèi)部參數(shù)具體如下：
[0049] 二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源輸入端連接的變壓器的輸出電壓峰值Uldc = 200V、
[0052] 本發(fā)明的有益效果是，一種H橋串聯(lián)型STATCOM的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)，利用 帶有內(nèi)部隔離變壓器和二極管整流電路的二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源，使二極管整流橋 AC/DC開關(guān)電源內(nèi)部隔離變壓器輸出電壓與H橋輸出電壓成比例，并通過二極管整流電路， 使二極管整流橋AC/DC開關(guān)電源僅從輸出交流電壓最高的H橋單元取能，從而使電壓最高 的電容總處于通過對(duì)應(yīng)H橋交流側(cè)向H橋取能電源供電的狀態(tài)，理想情況下，可以將H橋單 元的電容電壓之間的差異調(diào)整為零，即實(shí)現(xiàn)H橋電容電壓的自動(dòng)平衡。
【附圖說明】
[0053] 圖1是本發(fā)明一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0054] 圖2是本發(fā)明一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)中l(wèi)ink模塊 的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0055] 圖3是本發(fā)明一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)中交流側(cè)取能 電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056] 圖4是本發(fā)明一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)中二極管整流 橋AC/DC開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057] 圖中，I. link模塊，2. CMC模塊，3.交流側(cè)取能電源模塊，4.二極管整流橋AC/DC 開關(guān)電源，5.微直流母線，6.DC/DC開關(guān)電源，7. HB模塊，8.Link模塊串，9.風(fēng)扇。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0059] 本發(fā)明一種H橋串聯(lián)型STATC0M的功率單元交流側(cè)供電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包 括分別連接在三相線的每一線上的L