專利名稱：用于向電力網(wǎng)提供無功和/或有功功率的statcom系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及輸電網(wǎng)的領(lǐng)域，并且具體地涉及對(duì)輸電網(wǎng)的無功功率支持。
背景技術(shù)：
向用戶送電的輸電網(wǎng)必須能夠處理在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的電壓不平衡或者不穩(wěn)定、電壓 驟降、不良功率因子、失真或者閃爍。無功功率控制是一種解決這樣的問題的方式。STATC0M(靜態(tài)補(bǔ)償器)是一種基于電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)技術(shù)并且可以用來向輸電 網(wǎng)提供無功功率支持的電氣設(shè)備。STATC0M能夠產(chǎn)生或者和吸收無功功率并且可以由高速 控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。圖1圖示了基本STATC0M布置。在基本配置中，STATC0M 1由DC電壓源2、DC/AC 逆變器3 (電壓源轉(zhuǎn)換器VSC)和變壓器4組成。調(diào)節(jié)STATC0M輸出電壓的幅度控制STATC0M 與電力網(wǎng)5的無功功率交換。如果輸出電壓的幅度超過電力網(wǎng)電壓的幅度，則無功電流從 STATC0M1經(jīng)過變換器電抗流向電力網(wǎng)5，并且該設(shè)備生成無功功率。如果STATC0M輸出電壓 的幅度減少至在電力網(wǎng)電平以下的電平，則電流從電力網(wǎng)5流向STATC0M，該STATC0M然后 吸收無功功率。如果STATC0M輸出電壓等于電力網(wǎng)電壓，則無功功率為零，并且STATC0M既 不生成無功功率也不吸收無功功率。從STATC0M汲取的電流相對(duì)于電力網(wǎng)電壓移位90°， 并且它可以是超前的，即生成無功功率，或者它可以是滯后的，即吸收無功功率。等效而言， 產(chǎn)生超前(電容性)或者滯后(電感性)VAR[無功伏安]。STATC0M包括主電路，即電壓源轉(zhuǎn)換器VSC，該主電路被設(shè)計(jì)成處理某一數(shù)量的 無功功率(“額定功率”)的注入或者吸收。主電路可以例如包括絕緣柵極雙極性晶體管 (IGBT)器件、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)器件或者集成門極換向晶閘管(IGCT)器件。存在有如下情形，其中除了向電力網(wǎng)生成的無功功率之外還在STATC0M的DC側(cè)上 向它提供能量源以便提供也稱為有功功率的一些有效功率是有利的。也就是說，不僅能夠 控制無功功率而且能夠注入或者吸收有效功率有時(shí)是有利的。例如，有效功率可以在電力 網(wǎng)內(nèi)突然出現(xiàn)能量不足時(shí)用作備用電源或者作為用于管理電力網(wǎng)中的瞬態(tài)和機(jī)電振蕩的 控制功率。圖2圖示了如下STATC0M，該STATC0M具有連接到它的DC側(cè)的能量源6 (Ues)。能 量源6可以具體實(shí)現(xiàn)為可以暫時(shí)供應(yīng)先前已經(jīng)存儲(chǔ)能量的能量存儲(chǔ)裝置或者包括非電能 至電力的某種轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)。能量源6可以例如包括常規(guī)DC電容器、超電容器、電化學(xué) 電池、燃料電池或者光電模塊。能量源6適應(yīng)于相應(yīng)典型放電循環(huán)時(shí)間，從而根據(jù)存儲(chǔ)元件類型和負(fù)載條件而作 用數(shù)秒(常規(guī)電容器)、數(shù)分鐘(超電容器)或者直至30分鐘(電池)或者甚至連續(xù)地作 用(燃料電池或者光電模塊)。無論能量源類型如何，在下文連接到STATCOM DC鏈路的能 量存儲(chǔ)裝置6中，它們的共同之處在于它們的DC電壓在充電/放電循環(huán)期間改變。然而， STATCOM上的DC電壓必須超過某一最小電平，以便使STATCOM能夠提供它的額定無功功率。 特別地，STATCOM必須在即使能量源被放電或者達(dá)到它的最低接受充電電平時(shí)仍然能夠提供它的額定無功功率。由于能量源6的DC電壓直接連接到STATC0M的DC總線，所以該DC總線必須被設(shè) 計(jì)成能夠用改變DC電壓進(jìn)行操作。用于STATC0M的額定DC電壓UDC不能高于能量源的最 低操作電壓，即，UDC彡Ues,min = Ues(放電)。STATC0M必須能夠用上至能量源最高DC電壓 (即上至ues,max = Ues(完全充電))的所有DC電壓電平進(jìn)行操作。STATC0M的主電路必須被設(shè)計(jì)成處理最大DC電壓電平Ues，max (完全充電)，以 便應(yīng)對(duì)能量存儲(chǔ)裝置6中的DC電壓的變化。這由于必須使用昂貴部件用于這樣的過尺度 設(shè)計(jì)而成本很高。通常，能量存儲(chǔ)裝置6的DC電壓變化是用于STATC0M的額定DC電壓的 20-100%。STATC0M額定用于處理某一無功功率，例如lOOMVAr，并且如果這一額定無功功 率與能量存儲(chǔ)裝置6的額定有功功率相比(即與有效功率部件相比)為高，則該改變DC電 壓電平所造成的成本較高。圖3圖示了用于處理能量存儲(chǔ)裝置的改變的DC電壓的現(xiàn)有技術(shù)解決方案。特別 地，DC到DC轉(zhuǎn)換器7可以用于將電壓轉(zhuǎn)換成希望的電壓。然而，由于DC/DC轉(zhuǎn)換器很復(fù)雜 且成本高，具體而言由于全部有功功率必須穿過DC/DC轉(zhuǎn)換器并且由于適合于VSC的電壓 電平可能很高，所以大量增加成本。用于對(duì)STATC0M的DC處理能力進(jìn)行過尺度設(shè)計(jì)以便STATC0M能夠處理連接的能 量儲(chǔ)存器的改變的DC電壓的成本因此很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種用于向電力網(wǎng)提供無功和/或有功功率的 STAC0M系統(tǒng)，由此克服或者至少減輕上述問題。具體而言，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一 種使具有改變DC電壓的能量存儲(chǔ)裝置與以恒定DC電壓操作的STATC0M對(duì)接的改進(jìn)方式。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種無論能量存儲(chǔ)裝置的操作狀態(tài)如何并且具體而 言無論能量存儲(chǔ)裝置的充電水平如何，都提供恒定STATCOM DC電壓的改進(jìn)方式。通過如獨(dú)立權(quán)利要求所述的一種靜態(tài)補(bǔ)償器系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這些目的以及其它目的， 該靜態(tài)補(bǔ)償器系統(tǒng)用于向電力網(wǎng)提供無功和/或有功功率。根據(jù)本發(fā)明，提供一種靜態(tài)補(bǔ)償器系統(tǒng)，用于向電力網(wǎng)提供無功和/或有功功率。 該系統(tǒng)包括靜態(tài)補(bǔ)償器(STATCOM)，該STATCOM又包括DC電容器和電壓源轉(zhuǎn)換器。STATCOM 的DC電容器和電壓源轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。STATCOM連接到用于提供DC電壓的分離能量存儲(chǔ)裝 置。該系統(tǒng)的特征在于，與能量存儲(chǔ)裝置串聯(lián)連接且與STATCOM的DC電容器并聯(lián)連接的升 壓轉(zhuǎn)換器裝置。升壓轉(zhuǎn)換器裝置和能量存儲(chǔ)裝置還與STATCOM的電壓源轉(zhuǎn)換器并聯(lián)連接。 借助本發(fā)明，可以節(jié)省大量成本；例如實(shí)現(xiàn)使用成本更低的部件以及使用更魯棒的部件。無 需對(duì)STATCOM進(jìn)行過尺寸設(shè)計(jì)以便處理外部能量存儲(chǔ)裝置的改變電壓電平。另外，實(shí)現(xiàn)更 低損耗和更低功率處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，升壓轉(zhuǎn)換器電路包括電流源轉(zhuǎn)換器。它可以例如是 晶閘管轉(zhuǎn)換器。因此可以使用市面上唾手可得的部件。另外，使用常規(guī)線換向晶閘管非常 具有成本效率。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，升壓轉(zhuǎn)換器裝置被布置成處理在能量存儲(chǔ)裝置與 STATCOM的DC源之間的電壓差。具體而言，升壓轉(zhuǎn)換器裝置可以被布置成對(duì)能量存儲(chǔ)裝置進(jìn)行充電以及向STATC0M的DC源提供電壓。升壓轉(zhuǎn)換器裝置因此可以包括用于產(chǎn)生單向 電壓的裝置，或者包括用于產(chǎn)生雙向電壓的裝置。該系統(tǒng)因此可以容易地適合于適應(yīng)用戶 的特定需要或者適應(yīng)特定電力系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，升壓轉(zhuǎn)換器裝置被布置成從STATC0M的AC端子經(jīng)由 變壓器來供能。該變壓器可以在STATC0M變壓器的初級(jí)側(cè)或者次級(jí)側(cè)上連接到STATC0M的 AC端子。取而代之，升壓轉(zhuǎn)換器裝置被布置成借助分離的AC饋電來饋電。同樣，該系統(tǒng)因 此可以適合于適應(yīng)用戶的特定需要或者適合于在特定系統(tǒng)中使用。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，能量存儲(chǔ)裝置包括DC電容器、超電容器、電化學(xué)電 池、燃料電池或者光電模塊。任何適當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置可以使用于本發(fā)明的系統(tǒng)中。在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，升壓轉(zhuǎn)換器裝置包括用于向電力網(wǎng)產(chǎn)生無功功率的 裝置。用于產(chǎn)生無功功率的裝置可以例如包括可關(guān)斷半導(dǎo)體器件，比如門極可關(guān)斷晶閘管。 因此向系統(tǒng)提供了附加特征。在從屬權(quán)利要求中限定本發(fā)明的更多實(shí)施方式。更多實(shí)施方式及其優(yōu)點(diǎn)將在閱讀 以下具體描述以及附圖后變得清楚。


圖1圖示了基本STAC0M配置。圖2圖示了連接到能量存儲(chǔ)裝置的現(xiàn)有技術(shù)的STATC0M。圖3圖示了用于處理能量源的改變的電壓的現(xiàn)有技術(shù)解決方案。圖4和圖5圖示了本發(fā)明的實(shí)施方式。圖6圖示了用于在本發(fā)明中使用的升壓轉(zhuǎn)換器裝置的一個(gè)實(shí)施方式。圖7圖示了用于在本發(fā)明中使用的升壓轉(zhuǎn)換器裝置的另一實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式圖1-圖3已經(jīng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)加以討論，因此將不再進(jìn)一步加以說明。圖4圖示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。具體而言，在圖4中，圖示了連接到電力網(wǎng) 14的STATC0M(靜態(tài)同步補(bǔ)償器，下文簡稱為STATC0M或者靜態(tài)補(bǔ)償器)11，其具有期望的 恒定DC電壓電平Ud。STATC0M 11為常規(guī)類型并且包括DC鏈路，Ud，例如DC電容器組(下 文為DC電容器)，DC/AC轉(zhuǎn)換器和變壓器Ts。DC/AC轉(zhuǎn)換器包括電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC) 10，該 電壓源轉(zhuǎn)換器將DC電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓的三相集合，或者轉(zhuǎn)換成供給電力網(wǎng)14的單相電 壓。DC電容器與VSC 10并聯(lián)連接。STATC0M 11的主電路為VSC 10，該VSC因此被設(shè)計(jì)成 處理無功功率的注入或者吸收。主電路可以例如包括絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)器件、 門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)器件或者集成門極換向晶閘管(IGCT)器件。DC電壓Ud的平均值 由VSC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，并且DC電容器被布置成維持恒定DC電壓，以便允許電壓源轉(zhuǎn)換器10 的操作。為了除了無功功率之外還提供有效功率，電壓Ub的能量存儲(chǔ)裝置12與STATC0M 11并聯(lián)連接，并且具體而言與DC電容器并聯(lián)連接。為求便利，電化學(xué)電池在以下描述中有 時(shí)用作能量存儲(chǔ)裝置12的例子。然而，注意到任何其它類型的能量存儲(chǔ)元件均可以與本發(fā)明結(jié)合使用，比如先前提到的例子常規(guī)DC電容器、超電容器、電化學(xué)電池、燃料電池或者光電模塊。能量存儲(chǔ)裝置因此可以也如前文提到的那樣，具體實(shí)現(xiàn)為可以暫時(shí)供應(yīng)先前已 經(jīng)存儲(chǔ)能量的能量存儲(chǔ)裝置或者包括非電能至電力的某種轉(zhuǎn)換的能量供應(yīng)。STATC0M 11應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地在近似恒定的DC電壓Ud操作，并且根據(jù)本發(fā)明通過引入 增壓轉(zhuǎn)換器裝置13來解決使STATC0M 11與具有改變的電壓的能量存儲(chǔ)裝置12對(duì)接的問 題。根據(jù)本發(fā)明，能量存儲(chǔ)裝置12的改變的DC電平由升壓轉(zhuǎn)換器裝置13處理。升壓轉(zhuǎn)換 器裝置13提供改變的DC電壓，與能量存儲(chǔ)裝置12串聯(lián)連接而與STATCOM DC側(cè)并聯(lián)連接。如圖4和圖5中所示，升壓轉(zhuǎn)換器裝置13與能量存儲(chǔ)裝置12串聯(lián)連接而與 STATCOM 11的DC側(cè)并聯(lián)連接，S卩，串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)裝置12和升壓轉(zhuǎn)換器裝置13與 STATCOM 11的DC電容器Ud并聯(lián)連接。如提到的那樣，STATCOM 11的DC側(cè)可以例如是 STATCOM 11的DC電容器組。本發(fā)明的主要思想因此在于引入升壓轉(zhuǎn)換器裝置13，并且讓 它處理能量存儲(chǔ)裝置12的電壓變化。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13僅需處理標(biāo)稱電壓Ud與能量存 儲(chǔ)裝置12的電壓之差。這與前文提到的現(xiàn)有技術(shù)解決方案形成對(duì)照，在該現(xiàn)有技術(shù)解決方 案中DC/DC轉(zhuǎn)換器7應(yīng)當(dāng)能夠處理最大電壓。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13在需要時(shí)增加電壓。升 壓轉(zhuǎn)換器裝置13在一個(gè)實(shí)施方式中是對(duì)DC電容器組進(jìn)行充電的電流源型轉(zhuǎn)換器。如圖5中所示，優(yōu)選地經(jīng)由連接到STATCOM的變壓器向升壓轉(zhuǎn)換器裝置13供能。 變壓器15然后連接到STATCOM 11的AC端子。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13連接到變壓器15，該變 壓器又如圖中所示在STATCOM變壓器Ts的初級(jí)側(cè)上或者如接著簡述那樣在STATCOM變壓 器八的次級(jí)側(cè)上連接到靜態(tài)補(bǔ)償器11的AC端子。由此，從靜態(tài)補(bǔ)償器11的AC端子向升 壓轉(zhuǎn)換器裝置13供能。變壓器15可以代之以如圖5中虛線所示連接到STATCOM變壓器Ts的次級(jí)側(cè)。如 果STATCOM變壓器Ts是濾波器裝置的一部分，則這可能是有利的。另外，可設(shè)想如在圖4中的18示意所示，借助分離的AC饋電來為升壓轉(zhuǎn)換器裝置 13饋電。圖6圖示了升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的第一示例實(shí)施。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13a可以如圖 6中所示，是實(shí)施用于獲得單向電流的晶閘管轉(zhuǎn)換器。如果能量存儲(chǔ)裝置12由某一分離的 未圖示裝置充電，則這一實(shí)施是適合的。例如，能量存儲(chǔ)裝置12可以由從本地發(fā)電機(jī)如后 備柴油機(jī)饋電的分離整流器充電。其中升壓轉(zhuǎn)換器裝置13a的這一實(shí)施適合的另一情形是 在初級(jí)能量為非電能時(shí)，例如為燃料電池或者太陽能。由于在這一實(shí)施方式中的升壓轉(zhuǎn)換 器裝置13a為單向，所以它不能對(duì)能量存儲(chǔ)裝置12充電。簡而言之，晶閘管轉(zhuǎn)換器包括晶閘管閥的六脈沖橋(或者單相橋)。在橋的各支 路中堆疊多個(gè)晶閘管器件，以形成針對(duì)該應(yīng)用具有充分電壓處理能力的串聯(lián)串。如本領(lǐng)域 技術(shù)人員所知，電壓控制功能依賴于相對(duì)于AC側(cè)電壓對(duì)閥的受控觸發(fā)。閥的換向依賴于外 加AC電壓而無需任何動(dòng)作控制。晶閘管器件是很魯棒和可靠的器件。它們以最小成本提 供高的電壓處理能力并且具有低損耗。圖7圖示了升壓轉(zhuǎn)換器裝置13b的第二示例實(shí)施。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13b同樣是晶 閘管轉(zhuǎn)換器，但是這里被實(shí)施用于獲得雙向電流。這樣的雙向電流在圖4和圖5中由在升 壓轉(zhuǎn)換器裝置13上方的加號(hào)和減號(hào)表明。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13b用于對(duì)能量存儲(chǔ)裝置12進(jìn) 行充電以及用于提供要求的有效功率輸出。這分別由下電路16和上電路17實(shí)現(xiàn)。與圖6的實(shí)施方式形成對(duì)照，能量因此可以從能量存儲(chǔ)裝置12流向電力網(wǎng)14或者在相反方向上流動(dòng)。將注意，各種方式均可以用來平滑升壓轉(zhuǎn)換器裝置13中的DC側(cè)電流?？梢栽贒C 側(cè)上或者在AC側(cè)上提供電感。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13可以配備有具有反向阻擋能力的關(guān)斷半導(dǎo)體器件，例如利用 部件如GT0(門極可關(guān)斷晶閘管)或者IGBT(絕緣柵極雙極性晶體管)和二極管。在這樣 的情況下，升壓轉(zhuǎn)換器裝置13也可以向電力網(wǎng)14產(chǎn)生無功功率。在升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的兩個(gè)實(shí)施方式中，最可能需要DC電容器，并且平滑電抗器 優(yōu)選地連接于晶閘管轉(zhuǎn)換器13a、13b與DC電容器之間用于減少波動(dòng)。為了突出本發(fā)明的 優(yōu)點(diǎn)，下文將給出簡單額定例子。假設(shè)STATC0M 11被設(shè)計(jì)成在1500Arms遞送(額定)100MVAR。AC線-線電壓然 后為Uv = 38. 5kVrms (見圖4和圖5)。STATC0M的對(duì)應(yīng)最小DC電壓約為Ud = 75kV。另外， 假設(shè)STATC0M11除了 100MVAR無功功率之外還應(yīng)當(dāng)遞送IOMW有效功率并且能量存儲(chǔ)裝置 12的DC電壓變化50%。能量存儲(chǔ)裝置12的電壓因此在期望的最小75kV與上至完全充電 的112. 5kV之間變化。如果能量存儲(chǔ)裝置12直接連接到STATC0M 11的DC總線、即根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，則將 由STATC0M 11處理的最大DC電壓變?yōu)閁dmax = 1. 50*75kV = 112. 5kV。STATC0M主電路的 額定值然后為150MVAR，即它由于能量存儲(chǔ)裝置12的DC電壓變化而必須被升級(jí)50MVA。然而，如果能量存儲(chǔ)裝置12根據(jù)本發(fā)明來連接，則根據(jù)升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的實(shí)施 存在有兩種情況1)產(chǎn)牛單向電壓的升壓轉(zhuǎn)換器裝置當(dāng)能量存儲(chǔ)裝置12的最大DC電壓被選擇為Ubmax = Udn = 75kV時(shí)，其中Udn是用 于STATC0M 11的要求標(biāo)稱電壓，則能量存儲(chǔ)裝置的電壓將在50kV與75kV(即50kV+50% ) 之間變化。然后需要與能量存儲(chǔ)裝置12串聯(lián)的可變串聯(lián)電壓0彡UtwS 25kV。最大電流 出現(xiàn)在能量存儲(chǔ)裝置12的最小DC電壓處，并且為Idmax = 10MW/50kV = 0. 20kA。升壓轉(zhuǎn)換 器裝置13的額定值然后變?yōu)镾im= Ud^JI^x = 25kV*0. 2kA = 5. 0MVA。升壓轉(zhuǎn)換器裝置 13的額定值因此僅為在能量存儲(chǔ)裝置根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)來連接(即直接連接到STATC0M的DC 側(cè))的情況下必需的轉(zhuǎn)換器額定升級(jí)的10%。也就是說，盡管現(xiàn)有技術(shù)解決方案由于能量 存儲(chǔ)裝置的DC電壓變化而要求將STATC0M從100MVAR升級(jí)至150MVAR(即升級(jí)50MVAR)，但 是本發(fā)明僅需要該升級(jí)的10%，即僅僅5MVR。2)產(chǎn)生雙向電壓的升壓轉(zhuǎn)換器裝置電流源轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生具有任何極性的DC側(cè)電壓。在逆變模式 (α 90° -180° )中的最大電壓比在整流模式(α 0° -90° )中產(chǎn)生的電壓略低一 些。假設(shè)在整流模式中的電壓與在逆變器模式中的電壓之比為1 0.8。對(duì)應(yīng)于可變串聯(lián) 電壓為-13. 0彡UdA彡+16. 3kV，能量存儲(chǔ)裝置電壓然后可以在范圍58. 7彡Ub彡88. OkV 中變化。最大DC電壓出現(xiàn)在最小能量存儲(chǔ)裝置電壓處，并且因此變?yōu)镮dfflax = 10MW/58. 7kV =0. 170kA。升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的額定值因此變?yōu)镾im== 16. 3kV*0. 17kA = 2. 8MVA。也就是說，與現(xiàn)有技術(shù)解決方案相比可以獲得甚至更大的成本節(jié)約。上述計(jì)算清楚地示出本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明消除用于如在現(xiàn)有技術(shù)中所執(zhí)行的那樣對(duì)STATCOM中的額定DC電壓進(jìn)行過尺度設(shè)計(jì)的成本。另外，上述計(jì)算說 明升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的額定值僅為STATCOM的額定值的一部分。在升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的兩個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選地需要DC電容器，并且平滑電容器 連接于升壓轉(zhuǎn)換器裝置13與DC電容器之間。假設(shè)理想條件，需要以下AC電壓和電流對(duì)于單向增壓電壓，以下適用
<formula>formula see original document page 8</formula>
3V2變壓器電壓比因此變?yōu)?8. 5/38. 5 = 0. 48 1。AC側(cè)電流為/徹ax瞧=0.816x0.20 = 0.163^7^對(duì)于雙向增壓電壓，以下適用
U UdAmL =16.3/1.35 = 12.1 kVrms <formula>formula see original document page 8</formula>變壓器電壓比因此變?yōu)?2. 1/38. 5 = 0. 31 1。AC側(cè)電流為L 嶋=^max =0-816x0.17 = 0.138^ 可以參照升壓轉(zhuǎn)換器裝置13的額定值進(jìn)行對(duì)電壓匹配的進(jìn)一步優(yōu)化。在多數(shù)境況之下升壓轉(zhuǎn)換器裝置13不太可能在逆變器模式中操作，即使使用圖7 中所示實(shí)施方式也是如此。也就是說，即使使用雙向電壓方式。之所以這樣的原因在于，最 高電池電壓在對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)出現(xiàn)。然后通過在整流模式中操作的具有負(fù)電流方向(關(guān) 于電流方向，參照圖6和圖7)的升壓轉(zhuǎn)換器裝置橋來供應(yīng)部分有功充電功率。類似地，最 低電池電壓將在對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)出現(xiàn)，于是具有正電流方向的升壓轉(zhuǎn)換器裝置橋在整流 模式中操作。還需注意，通常將僅在相當(dāng)短暫的時(shí)間段如5-30分鐘期間提供有效功率。這一時(shí) 間段必然比變壓器和平滑電感器中的熱時(shí)間常數(shù)更短，并且可以有可能確定這些部件額定 值以獲得更低的連續(xù)額定值。也就是說，變壓器和平滑電感器不會(huì)在這一短暫時(shí)間段期間 過熱，從而實(shí)現(xiàn)更低額定值。相同的降低額定值對(duì)于閥以及對(duì)于電容器組也可以是可能的。 因此可以實(shí)現(xiàn)附加的成本節(jié)約。
權(quán)利要求
一種靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，用于向電力網(wǎng)(14)提供無功和/或有功功率，所述系統(tǒng)包括靜態(tài)補(bǔ)償器(11)，所述靜態(tài)補(bǔ)償器包括并聯(lián)連接的DC電容器(Ud)和電壓源轉(zhuǎn)換器(10)，所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)連接到能量存儲(chǔ)裝置(12)，其特征在于與所述能量存儲(chǔ)裝置(12)串聯(lián)連接的升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)和所述能量存儲(chǔ)裝置(12)與所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的所述DC電容器(Ud)并聯(lián)連接，并且其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)和所述能量存儲(chǔ)裝置(12)與所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的所述電壓源轉(zhuǎn)換器(10)并聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)連接到 變壓器(15)，所述變壓器繼而連接到所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的AC端子，由此所述升壓轉(zhuǎn)換器 裝置(13)被布置成從所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的AC端子來供能。
3.如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)還包括變壓 器(Ts)，并且其中連接到所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)的所述變壓器(15)經(jīng)由所述靜態(tài)補(bǔ)償 器(11)的所述變壓器(Ts)連接到所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的AC端子。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13) 包括電流源轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求4所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述電流源轉(zhuǎn)換器包括晶閘管閥。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13) 被布置成處理在所述能量存儲(chǔ)裝置(12)與所述DC源(Ud)之間的電壓差。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13) 被布置成對(duì)所述能量存儲(chǔ)裝置(12)進(jìn)行充電。
8.如權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換 器裝置(13)包括用于產(chǎn)生單向電壓的裝置。
9.如權(quán)利要求1-7中的任一權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換 器裝置(13)包括用于產(chǎn)生雙向電壓的裝置。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的所 述DC電容器(Ud)被布置成維持至所述靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的所述電壓源轉(zhuǎn)換器(10)的恒定 DC電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)被布置 成借助分離的AC饋電來饋電。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述能量存儲(chǔ)裝置(12)包 括DC電容器、超電容器、電化學(xué)電池、燃料電池或者光電模塊。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13) 包括用于向所述電力網(wǎng)(14)產(chǎn)生無功功率的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的靜態(tài)補(bǔ)償器(11)，其中所述用于產(chǎn)生無功功率的裝置包括可 關(guān)斷半導(dǎo)體器件，如門極可關(guān)斷晶閘管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜態(tài)補(bǔ)償器(11)系統(tǒng)，用于向電力網(wǎng)(14)提供無功和/或有功功率。該系統(tǒng)包括靜態(tài)補(bǔ)償器(11)，該靜態(tài)補(bǔ)償器包括DC電容器(Ud)和電壓源轉(zhuǎn)換器(10)。該靜態(tài)補(bǔ)償器(11)連接到能量存儲(chǔ)裝置(12)。該系統(tǒng)還包括與能量存儲(chǔ)裝置(12)串聯(lián)并與靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的DC電容器(Ud)并聯(lián)連接的升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)。升壓轉(zhuǎn)換器裝置(13)和能量存儲(chǔ)裝置(12)還與靜態(tài)補(bǔ)償器(11)的電壓源轉(zhuǎn)換器(10)并聯(lián)連接。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101803139SQ200780100619
公開日2010年8月11日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
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