一种电力电子变压器制造技术

本实用新型专利技术提出一种电力电子变压器，适用于地铁供电系统，采用输入级联的方式，提高了输入电压等级，可以直接匹配中压供电网络10kV/35kV，输出多个隔离直流电源，直接供给地铁牵引供电系统的牵引接触网1500V/750V用电，以及地铁供配电系统的三相220/380V动力照明负荷用电，取消了工频牵引变压器和降压变压器。所述单相交流‑直流变换器主要由整流电路、双向DC‑DC变换电路和组成。本实用新型专利技术应用于地铁供电系统模块数少，成本低，结构简单，可控性强，使用和维护方便。当地铁再生制动时，可以实现能量的双向传输，反馈回电网达标的电能，输入的级联整流器可以实现双向四象限单位功率因数运行，因此无需谐波与无功补偿装置。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子变压器
本技术涉及城市电网中压供电

技术介绍
目前，我国地铁供电电源来自沿地铁线路从城市电网直接引入地铁，或者由地铁专用主变电所变压为地铁供电系统所需的电压等级，国内一般为35kV或者10kV电压等级。地铁供电主要由两大系统构成：牵引供电系统和供配电系统。我国目前通常采用的一种中压供电网络是混合型中压网络，即就是牵引变电所和降压变电所采用统一电压等级，共用一个中压供电网络。原有的地铁牵引供电系统通过牵引变压器和整流机组，采用直流1500V或者750V向牵引网供电，整流后的直流是含有交流成分的脉动直流。其中的谐波分量会通过传导耦合对其他电力，电子设备产生不利的影响。为了抑制谐波的产生，提高整流脉波数，等效的24脉波整流。但是整流脉数越多，整流变压器制造越复杂，成本越高。原有的地铁供配电系统，由两部分组成：降压变电所和动力照明系统。低压侧采用220/380V三相四线制TN-S系统。传统的工频牵引和降压变压器存在体积/质量大、并网阻抗小、冲击电流大、易谐振和噪音等问题，严重制约了地铁速度、效率的进一步提升。鉴于现有技术的不足，为了解决上述问题，提出了一种应用于地铁供电系统的电力电子变压器技术，该技术输入的级联整流器可以实现双向四象限单位功率因数运行，因此无需谐波与无功补偿装置且工作电流受控，增加了并网交流电力系统的稳定性与可控性。隔离的双向DC-DC变换器采用中高频变压器隔离，可以产生n个隔离的直流电源，构成统一的直流母线，供后续的逆变器和DC-DC变换器使用，因此可以同时供电给地铁牵引供电系统和供配电系统两个系统，同时取消掉工频的牵引变压器和降压变压器，达到减重减体积的目的。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种电力电子变压器，它能有效地解决现有的工频牵引变压器和降压变压器的替代问题。本技术解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种电力电子变压器，中压交流电A相、B相、C相各自经电抗器LA、电抗器LB、电抗器LC再级联n个交直变换器A1、变换器B1、变换器C1接出，其中n>1，形成三相输入端口I；各相的变换器直流端口并联，构成一个直流母线；直流母线为直流电源，其后设有n个DC-DC变换器或逆变器，该变压器整体有n个输出端口U1～Un，其中n>1。(1)A相支路第一个变换器A11电网侧正端口A11P经电抗器LA与三相电网A相连接，A相支路第一个变换器A11的电网侧负端口A11N与第二个变换器A12的电网侧正端口A12P相连……，第n-1个变换器A1n-1的电网侧负端口A1n-1N与第n个变换器A1n的电网侧正端口A1nP相连，B相支路变换器B1、C相支路变换器C1的连接与A相相同；A相、B相、C相的第n个变换器的电网侧负端口A1nN、负端口B1nN、负端口C1nN共同连接于N点。(2)各相变换器直流端口并联，共直流母线，包括两种接法：接法一、A相支路第一个变换器A11的直流侧正端口a1P与B相支路第一个变换器B11的直流侧正端口b1P以及C相支路第一个变换器C11的直流侧正端口c1P相连，接直流母线正端口，A相支路第一个变换器A11，B相支路第一个变换器B11，C相支路第一个变换器C11的直流侧负端口a1N，负端口b1N和负端口c1N相连，接直流母线负端口；第二个变换器A12，第二个变换器B12，第二个变换器C12……第n个变换器A1n，第n个变换器B1n，第n个变换器C1n直流侧连接方式与A相支路第一个变换器A11，B相支路第一个变换器B11，C相支路第一个变换器C11连接方式相同，A、B、C三相变换器直流侧输出构成一个直流母线端口。接法二、A相支路第一个变换器A11的直流侧正端口a1P与A相支路第二个变换器A12的直流侧正端口a2P……与A相支路第n个变换器A1n的直流侧正端口anP相连，接直流母线的正端口，A相支路第一个变换器A11的直流侧负端口a1N与A相支路第二个变换器A12的直流侧负端口a2N……与A相支路第n个变换器A1n的直流侧负端口anN相连，接直流母线的负端口，B相变换器B1，C相变换器C1的连接方式与变换器A1相同，A相、B相、C相变换器直流侧输出构成一个直流母线端口。所述直流母线直接作为牵引网标称直流电压1500V或者750V，构成输出端口U1，供给地铁的直流牵引供电网络。所述直流母线作为三个单相逆变器的直流输入端口，逆变器输出正端口ap，正端口bp，正端口cp各自作为低压三相交流端口的正端口，输出负端口an，负端口bn，负端口cn共同连接于o点，构成一个三相四线的220/380V的三相交流电输出端口U2，供给地铁动力照明负荷用电。所述直流母线作为双向DC-DC变换器的输入端口，输出端口Un接储能元件蓄电池或者超级电容，可实现能量双向传输，作为地铁的辅助供电设备。实现本技术的单个模块为单相交流-直流变换器如图4所示，该变换器主要由整流电路、双向DC-DC变换电路组成。变换器中的电力电子开关器件都采用PWM控制方式。其中整流电路的基本功能是通过对开关管的控制，对交流电压进行整流，实现输出直流电压可调；双向DC-DC变换器中变压器一次侧桥臂实现逆变功能变功能，将直流电压逆变成交流电压供给变压器，变压器二次侧桥臂实现整流功能，将变压器输出的交流电变成直流电，产生多个隔离的直流母线。该拓扑利用中间直流电压隔离的特性，输出可并联为统一稳定的直流母线电压，也可独立为逆变器等负载提供隔离直流电压。每一相的多个单相交流-直流变换器整流侧级联获得高电压等级的输入。图4中M1、M21、M22可以是三电平、两电平甚至是多电平和半桥、全桥的组合，另外双向DC-DC变换电路中还可以具有谐振网络或者无谐振网络。将三相10kV城市电网直接变压转成牵引网1500V以及低压动力照明负荷用电三相220/380V。采用模块三电平的电力电子变压器技术以及选择3.3kV耐压的开关管时，只需要级联三个模块即可直接匹配交流10kV电压，模块数少，成本低，结构简单，可控性强，使用和维护方便。当牵引机车处于再生制动时，能够向电网反馈达标的电能，实现能量的双向流动。输出的直流端口通过双向DC-DC变换器接蓄电池或者超级电容储能元件，在地铁制动时，回收地铁制动产生的多余能量，减少能量损耗防止牵引网电压波动太大。在地铁启动时，储能元件释放能量，防止牵引网电压跌落，实现能量的双向流动，保证牵引网电压稳定。使得整个系统的效率提升，在电网交流侧可以实现单位功率因数运行，采用中高频隔离变压器，减轻系统的体积和重量。与现有技术相比，本技术有益效果是：1、本技术是应用在地铁供电系统的电力电子变压器装置，取消了工频的牵引变压器和降压变压器，采用中高频变压器(MFT)，相对于传统的工频变压器系统，可以大大减轻系统的体积，并且系统受控，结构简单，使用和维护方便。2、当牵引机车处于再生制动时，能够向电网反馈达标的电能，实现能量的双向流动。输出的直流端口可以通过双向DC-DC变换器接蓄电池或者超级电容储能元件，保证牵引网电压稳定，减少损耗，提升效率。3、输入的级联整流器可实现双向四象限单位功率因数运行和减少现有供电系统谐波与无功补偿装置的使用，提高了电能质量，增加并网交流电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子变压器，中压交流电A相、B相、C相各自经电抗器LA、电抗器LB、电抗器LC再级联n个交直变换器A1、变换器B1、变换器C1接出，其中n>1，形成三相输入端口I；各相的变换器直流端口并联，构成一个直流母线；直流母线为直流电源，其后设有n个DC‑DC变换器或逆变器，该变压器整体有n个输出端口U1～Un，其中n>1；其特征在于：(1)A相支路第一个变换器A11电网侧正端口A11P经电抗器LA与三相电网A相连接，A相支路第一个变换器A11的电网侧负端口A11N与第二个变换器A12的电网侧正端口A12P相连……，第n‑1个变换器A1n‑1的电网侧负端口A1n‑1N与第n个变换器A1n的电网侧正端口A1nP相连，B相支路变换器B1、C相支路变换器C1的连接与A相相同；A相、B相、C相的第n个变换器的电网侧负端口A1nN、负端口B1nN、负端口C1nN共同连接于N点；(2)各相变换器直流端口并联，共直流母线，包括两种接法：接法一、A相支路第一个变换器A11的直流侧正端口a1P与B相支路第一个变换器B11的直流侧正端口b1P以及C相支路第一个变换器C11的直流侧正端口c1P相连，接直流母线正端口，A相支路第一个变换器A11，B相支路第一个变换器B11，C相支路第一个变换器C11的直流侧负端口a1N，负端口b1N和负端口c1N相连，接直流母线负端口；第二个变换器A12，第二个变换器B12，第二个变换器C12……第n个变换器A1n，第n个变换器B1n，第n个变换器C1n直流侧连接方式与A相支路第一个变换器A11，B相支路第一个变换器B11，C相支路第一个变换器C11连接方式相同，A、B、C三相变换器直流侧输出构成一个直流母线端口；接法二、A相支路第一个变换器A11的直流侧正端口a1P与A相支路第二个变换器A12的直流侧正端口a2P……与A相支路第n个变换器A1n的直流侧正端口anP相连，接直流母线的正端口，A相支路第一个变换器A11的直流侧负端口a1N与A相支路第二个变换器A12的直流侧负端口a2N……与A相支路第n个变换器A1n的直流侧负端口anN相连，接直流母线的负端口，B相变换器B1，C相变换器C1的连接方式与变换器A1相同，A相、B相、C相变换器直流侧输出构成一个直流母线端口。...

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变压器，中压交流电A相、B相、C相各自经电抗器LA、电抗器LB、电抗器LC再级联n个交直变换器A1、变换器B1、变换器C1接出，其中n>1，形成三相输入端口I；各相的变换器直流端口并联，构成一个直流母线；直流母线为直流电源，其后设有n个DC-DC变换器或逆变器，该变压器整体有n个输出端口U1～Un，其中n>1；其特征在于：(1)A相支路第一个变换器A11电网侧正端口A11P经电抗器LA与三相电网A相连接，A相支路第一个变换器A11的电网侧负端口A11N与第二个变换器A12的电网侧正端口A12P相连……，第n-1个变换器A1n-1的电网侧负端口A1n-1N与第n个变换器A1n的电网侧正端口A1nP相连，B相支路变换器B1、C相支路变换器C1的连接与A相相同；A相、B相、C相的第n个变换器的电网侧负端口A1nN、负端口B1nN、负端口C1nN共同连接于N点；(2)各相变换器直流端口并联，共直流母线，包括两种接法：接法一、A相支路第一个变换器A11的直流侧正端口a1P与B相支路第一个变换器B11的直流侧正端口b1P以及C相支路第一个变换器C11的直流侧正端口c1P相连，接直流母线正端口，A相支路第一个变换器A11，B相支路第一个变换器B11，C相支路第一个变换器C11的直流侧负端口a1N，负端口b1N和负端口c1N相连，接直流母线负端口；第二个变换器A12，第二个变换器B12，第二个变换器C12……第n个变换器A1n，第n个变换器B1n，第n个变换器C1n...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒泽亮，雷园，林宏健，胡文涛，张旭峰，何晓琼，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川,51