一种基于T型三电平逆变器的STATCOM的制作方法

本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于t型三电平逆变器的statcom。

背景技术：

随着现代电力系统的电网电压不断提高，电网中消耗的无功功率也随之增大。为了确保电力系统的安全稳定运行，静止同步补偿器(staticsynchronouscompensator，statcom)广泛应用于电力系统的无功补偿。

statcom主要包括逆变器与电容。电容用于为statcom提供直流电压支撑；逆变器作为statcom的核心器件，由大功率的电力电子开关器件组成。早期，statcom使用的逆变器多为两电平的逆变器。图1为基于两电平h桥逆变器的statcom的拓扑结构图，如图1所示，交流输出侧每相只有正和负两种状态，在高压大容量的应用中，往往采用功率开关器件的串联方式，即多个h桥级联。这种串联方式要求所有串并联的开关器件必须同时开通或关断，即所有开关器件的开关特性要完全一致。但是，实际应用中，开关器件间的匹配较为困难，因此，开关器件的利用因数降低，从而导致基于两电平h桥逆变器的statcom的实现过程复杂，开关损耗大，且可靠性低。

之后，为了克服基于两电平逆变器的statcom开关应力大、交流侧谐波较大等问题，出现了基于多电平逆变器的statcom。图2为基于三电平npc逆变器的statcom的拓扑结构图，如图2所示，基于三电平npc逆变器的statcom(下文中简称npc型statcom)交流输出侧每相都具有正负零三种状态，电平数越多，所得到的阶梯波电平台阶越多，从而更加接近正弦波，谐波成分越少。

但是，由于npc逆变器使用的器件数量较多，从而造成npc型statcom的安装繁琐，也造成该类型statcom的损耗大、工作效率低。此外，由于反并联二极管的开通损耗与开关管的开关损耗不一致，致使该类型的statcom发热不均匀，不利于电网系统的安全运行。

技术实现要素：

本申请提供了基于t型三电平逆变器的statcom，以解决现有技术中的逆变器使用器件数量多、且各器件间的损耗不一致，导致逆变器的损耗大的问题，从而导致基于该逆变器的statcom安装复杂、工作效率低的问题。

一种基于t型三电平逆变器的statcom，包括电容器、t型逆变电路与交流输出侧，

所述电容器包括串联的第一电容器c1与第二电容器c2，所述第一电容器c1与第二电容器c2的连接点为中点；

所述t型逆变电路为三相电路，每相电路包括与所述电容器并联的一对桥臂，每对所述桥臂包括两个串联的开关管，两个所述开关管的连接点为共连点；

所述中点与每对桥臂的共连点之间分别设有一中点钳位电路，所述中点钳位电路用于对中点电压进行钳位；

所述交流输出侧的一端连接所述共连点，另一端用于与电网系统连接。

优选地，每个所述中点钳位电路包括两个反向串联的开关管。

优选地，所述开关管包括igbt。

本申请提供的基于t型三电平逆变器的statcom包括电容器、t型逆变电路与交流输出侧。电容器用于与电力系统做功率交换，即吸收电力系统的感性无功电流，或输出容性无功电流。t型逆变电路包括多个开关管，通过控制每个开关管的闭合或打开，控制电容器接入电路与否，从而实现对电网无功功率的补偿。本申请中，t型逆变电路为三相电路，每相电路包括桥臂与中点钳位电路，每对桥臂包括两个串联的开关管，每相中点钳位电路包括两个反向串联的开关管。通过调整每相电路中每个开关管的闭合或打开状态，可使每相电路具有正、零、负三种状态。与传统的三电平逆变器的statcom相比，本申请提供的statcom减少开关管使用数量，使statcom结构简单化，提高了statcom工作效率，减少了因过多开关管或其他电力器件造成的电力损耗，同时，也使statcom的安装过程更加省时、便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于两电平h桥逆变器的statcom的拓扑结构图；

图2为基于三电平npc逆变器的statcom的拓扑结构图；

图3为一种基于t型三电平逆变器的statcom的拓扑结构图；

图4为a相输出端的输出状态为+1的电路图；

图5为a相输出端的输出状态为0的电路图；

图6为a相输出端的输出状态为-1的电路图；

图7为ab相之间电压为+2udc时的电路图；

图8为本申请t型statcom与传统的npc型statcom的效率图。

具体实施方式

图3为一种基于t型三电平逆变器的statcom的拓扑结构图，如图3所示，基于t型三电平逆变器的statcom(以下简称t型statcom)包括电容器、t型逆变电路与交流输出侧。

电容器包括串联的第一电容器c1与第二电容器c2，第一电容器c1与第二电容器c2的连接点为中点。

t型逆变电路为三相电路，每相电路包括与电容器并联的一对桥臂，每对桥臂均包括两个串联的开关管，两个开关管的连接点为共连点。本申请中，三相电路中的桥臂分别为a相桥臂、b相桥臂及c相桥臂。a相桥臂包括上桥臂开关管ta1与下桥臂开关管ta4，上桥臂开关管ta1与下桥臂开关管ta4的连接点为共连点a；b相桥臂包括上桥臂开关管tb1与下桥臂开关管tb4，上桥臂开关管tb1与下桥臂开关管tb4的连接点为共连点b；c相桥臂包括上桥臂开关管tc1与下桥臂开关管tc4，上桥臂开关管tc1与下桥臂开关管tc4的连接点为共连点c。

中点与每对桥臂中点钳位电路的共连点之间分别设有一中点钳位电路，本申请中，中点与共连点a之间设有一中点钳位电路，中点与共连点b之间设有一中点钳位电路，中点与共连点c之间设有一中点钳位电路。

中点钳位电路用于对中点进行电压钳位，本申请中，每个中点钳位电路通过两个反向串联的开关管实现对中点电压的钳位。两个反向串联的开关管是指两个串联的开关管的二极管方向相反连接，反向连接的二极管阻断了中点与共连点之间的导通，限制了中点的电压，同时，也使共连点的电压以为正、负或零。

本实施例中，中点与共连点a之间的中点钳位电路包括反向串联的开关管ta2与开关管ta3；中点与共连点b之间的中点钳位电路包括反向串联的开关管tb2与开关管tb3；中点与共连点c之间的中点钳位电路包括反向串联的开关管tc2与开关管tc3。

t型statcom包括三相交流输出侧，分别为a相交流输出侧、b相交流输出侧与c相交流输出侧。a相交流输出侧的一端连接共连点a，另一端用于与电网系统连接；b相交流输出侧的一端连接共连点b，另一端用于与电网系统连接；c相交流输出侧的一端连接共连点c，另一端用于与电网系统连接。

开关管的实现形式有多种，本申请中，开关管采用igbt，igbt包括并联的二极管与开关。igbt的损耗、反向并联二极管的损耗及开关的损耗相近，因此，避免了传统的statcom发热不均的现象。

在分析statcom输出无功电流前，假定直流电压已经建立，即电容器两端的电压已达到所需的电压值udc,每个电容器承受的电压为udc/2。然后，通过控制开关管的闭合或断开,实现t型statcom对电网无功功率的补偿，从而提高电网质量。

本申请的t型statcom的每相电路具有三种输出状态：正(+1)、零(0)及负(-1)。以下将以a相为例说明三种三种输出状态。图4为a相输出端的输出状态为+1的电路图，如图4所示，当开关管ta1闭合、其他开关管断开时，a相输出端的输出状态为+1。图5为a相输出端的输出状态为0的电路图，如图5所示，当开关管ta2、ta3闭合、其他开关管断开时，a相输出端的输出状态为0。图6为a相输出端的输出状态为-1的电路图，如图6所示，当开关管ta4闭合、其他开关管断开时，a相输出端的输出状态为-1。同理，b相与c相也均具有三种+1、0、-1输出状态。

将t型statcom接入电网中，分别控制每相中的开关管的打开或闭合，将得到不同的相压。以下将以ab相之间的电压为例，ab相之间的电压可出现+2udc、+udc、0、-udc、-2udc五种情况。

图7为ab相之间电压为+2udc时的电路图，如图7所示，a相中，开关管ta1闭合、开关管ta2、ta3、ta4断开，b相中，开关管t4b闭合、开关管tb1、tb2、tb3断开,补偿电流从从a相出发，到b相结束，形成一个闭合回路，ab相之间电压为+2udc。

本申请提供的基于t型三电平逆变器的statcom包括电容器、t型逆变电路与交流输出侧。其中，t型逆变电路包括多个开关管，通过控制每个开关管的闭合或打开，控制电容器接入电路与否，从而实现对电网无功功率的补偿。本申请中，t型逆变电路为三相电路，每相电路包括一对桥臂与中点钳位电路，每对桥臂包括两个串联的开关管，每相中点钳位电路包括两个反向串联的开关管。通过调整每相电路中每个开关管的闭合或打开状态，可使每相电路具有正、零、负三种状态。

与传统的三电平逆变器的statcom相比，本申请提供的statcom减少了开关管使用数量，使statcom结构简单化，提高了statcom工作效率，减少了因过多开关管或其他电力器件造成的电力损耗。图8为本申请t型statcom与传统的npc型statcom的效率图，如图8所示，相比于传统statcom，本申请的t型statcom具有更高的效率，特别是在低功率时。

此外，本申请提供的statcom减少了开关管使用量，也使statcom的安装过程更加省时、便捷。