高压配电用电力电子变压器制造技术

一种用于高压配电系统的三相电力电子变压器，其输入级为级联式模块化变流器（１），隔离级由输入串联输出并联的多个隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）构成；输出级由连接在共用直流母线上的一个或多个单相或三相逆变器（３）组成。级联式模块化变流器（１）的三个输入端与三相高压交流电网相连，其两个输出端与高压直流母线电容（４）的正负极分别相连。隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）由两个第二低压功率单元构成，每个隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）的输入端与高压直流母线电容（４）中的一个第一低压直流电容的正负极相连；所有隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）的输出端并联，并与第二低压直流母线电容（５）的正负极相连。第二低压直流母线电容（５）的正负极连接到输出级共用直流母线的一个或多个的单相或三相逆变器（３）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子变压器，特别涉及一种高压配电用三相电力电子变压o
技术介绍
传统的电力变压器是电力系统的基本组成设备，其突出优点是制作工艺简单、可 靠性高、价格低廉。但是传统的电力变压器仅能实现单一的电压等级变换、电能的隔离传 递。另外，由于铁磁元件的非线性容易造成电网电压和电流的畸变，产生谐波污染；而且负 载发生变化时不能维持次级电压恒定；不具备对电压、电流的连续调节和综合控制能力； 不能实现与电网其他设备的互动；不能满足未来智能电网的要求。电力电子变压器是随着 电力电子的技术进步而出现的一种新型智能化的可用于电力系统电能变换和传递的电力 设备。在已有的电力电子变压器拓扑当中，美国专利US 2006/0221653A1和US 7050311B2在高压输出侧采用了二极管箝位式的三电平结构，这一结构大大限制了其在 电力系统配电网尤其是高压配电网的应用。美国专利US 2006/0028848A1则在高压侧 采用了三个多绕组工频变压器，大大增加了电力电子变压器的体积和重量。而美国专利 US 005943229A、欧洲专利 EP 0989016A2、中国专利 200910025824. 3、200910184407. 3、 02139030. 4、技术专利ZL02290343. 7均采用了很多个中频或高频变压器，且三相变压 器时其高压侧均是由单相变流器星接构成，没有发挥三相变流器的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有高压配电用电力电子变压器的缺点，减小装置的体积 和重量，提高电能转换效率。本专利技术不仅可以实现传统配电变压器的变压、隔离、能量传递 等功能外，还能够根据需要为电网提供无功补偿，保证次级输出电压恒定，隔断高压侧电网 与低压侧用户故障，具备对电压电流的连续调节和综合控制能力，当与新能源发电设备互 连时可以实现用户侧不间断供电，实现与电网其他设备的互动。本专利技术高压配电用三相电力电子变压器由输入级、隔离级和输出级三个部分组 成。输入级为三相三线制，主电路为级联式模块化变流器；级联式模块化变流器的三个输 入端与三相交流电网直接相连，实现AC-DC变换。级联式模块化变流器的两个输出端连接 到由多个第一低压直流母线电容串联构成的高压直流母线电容的正负极；高压直流母线电 容的正负极与隔离级的输入串联输出并联的多个隔离型DC-DC变换器的输入端相连，实现 DC-DC变换。隔离级由多个隔离型DC-DC变换器组成，隔离级的每个隔离型DC-DC变换器的 输入端与高压直流母线电容中的一个第一低压直流母线电容的正负极相连；隔离级的每个 隔离型DC-DC变换器的输出端均与第二低压直流母线电容的正负极相连为一个或多个单 相或三相的共用直流母线的逆变器提供直流电源，实现DC-AC变换。输出级由连接在共用 直流母线上的一个或多个单相或三相逆变器组成。本专利技术高压配电用三相电力电子变压器具有以下特点1.可以实现传统电力配电变压器的变压、隔离、能量传递等等基本功能；2.输入级采用三相结构的级联式模块化变流器，只要串联足够的第一低压功率单 元，可以承受非常高的电压。同时，三相结构的变流器可以克服由单相变流器星形连接构成 三相变流器时输出侧并联带来的环流问题。3.本专利技术用于三相系统时只需要在高压直流侧采用多个中频或高频变压器，而不 是在三个单相变流器中均采用中频或高频变压器。相对于现有的通过在三个单相电力电子 变压器构成三相电力电子变压器的拓扑，能够减小中频或高频变压器的数量、体积以及重量。4.由现有的单相电力电子变压器构成三相电力电子变压器时，由于单相电路的瞬 时有功功率必然存在电网电压二倍频的波动，每相输入级的AC-DC模块直流母线上一般需 要另外附加无源滤波器消除电网电压二倍频的电压波动。而本专利技术由于直接与三相电网相 连，当电网电压平衡时三相系统的瞬时有功功率为恒定量，直流母线电压不存在波动，因此 也就不需要无源滤波器。这也进一步减小了系统的体积和重量。5.本专利技术可以实现负荷与供电系统的隔离，可以根据需要为电网侧提供无功补偿 或者有源滤波功能，提高了供电系统的电能质量和运行的可靠性。6.本专利技术可以自动调节输出级的供电电压，保证用户端供电电压不随负荷变化而 变化。当供电电网发生故障或者设备维修时，本专利技术直流母线可以与新能源等发电设备相 连接，保证用户端的不间断供电，能够极大地提高用户和用电设备的稳定性和可靠性。7.本专利技术可以十分方便地实现运行状态的在线监测，与其它用电设备的相互通讯 及协调控制，为数字化电站和智能电网的建设与完善提供了更多灵活性。附图说明图1为本专利技术高压配电用三相电力电子变压器整体结构图；图2为本专利技术中第一低压功率单元Uk11(K = A、B、或C)的电路结构图，图2a为两 开关两电平时的电路，图2b为两开关三电平时的电路；图3为本专利技术中电感模块UK2(K = A、B、或C)的电路结构图，图3a为由两个分立 的电感构成的电感模块；图3b为由两个耦合电感构成的电感模块；图4为本专利技术中第二低压功率单元Un的电路结构图；图中1级联式模块化变流器，2隔离型DC-DC变换器，3共用直流母线的一个或多 个单相或三相逆变器，4高压直流母线电容，5第二低压直流母线电容。具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。图1所示为本专利技术高压配电用三相电力电子变压器整体结构。其输入级的级联式 模块化变流器1由结构相同的三个桥臂构成，三个桥臂的上端连接在同一点P，三个桥臂的 下端连接在同一点N。第K(K = A、B、或C)相桥臂的上半桥臂由低压功率模块UK11 UKln级 联构成，即UK1J的端子11与‘的)的端子12相连，而UK1J的端子12与UK1(J+1)的端子11相 连(2彡j彡n-1)；第K(K = A、B、或C)相桥臂的下半桥臂由第一低压功率模块UK21 UK2n5级联构成，即的端子11与UK2_的端子12相连，而UK”的端子12与UK2_的端子11 相连(2彡j彡n-1) ；UK11的11端子连接到P点；UKln的12端子连接到电感模块UK2的21端 子；UK21的11端子连接到电感模块UK2的23端子；UK2n的12端子连接到N点；电感模块UK2 的22端子作为第K(K = A、B、或C)相桥臂的输入端子K。第一低压功率单元UK11 UKln和 UK21 UK2n的电路结构完全相同且可以相互替换。三个桥臂上端的连接点P与高压直流母 线电容4的正极相连，三个桥臂的下端连接点N与高压直流母线电容4的负极相连。高压 直流母线电容4由1)个第一低压直流电容串联组成，每个第一直流电容的正极和负 极分别与一个隔离型DC-DC变换器2的输入端相连；m个(m彡1)隔离型DC-DC变换器2的 输出端与第二低压直流母线电容5的正负极相连。第w(l彡w彡m)个隔离型DC-DC变换 器2由两个第二低压功率单元Uwl、Uw2、一个中频或高频变压器Tw和两个串联谐振电容Cwl、 cw2构成；Uwl的端子31和端子32通过第一串联谐振电容Cwl与中频变压器Tw的原边串联 连接在一起；Uw2的端子31和端子32通过第二串联谐振电容Cw2与中频变压器Tw的副边串 联连接在一起；Uwl的端子33和端子34作为隔离型DC-DC变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压配电用三相电力电子变压器，其特征在于：所述的电力电子变压器由输入级、隔离级和输出级组成；所述的输入级为级联式模块化变流器（１），级联式模块化变流器（１）的三个输入端与三相高压交流电网相连，级联式模块化变流器（１）的两个输出端与高压直流母线电容（４）的正负极分别相连；高压直流母线电容（４）由ｍ个第一低压直流电容串联而成；隔离级由ｍ个隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）组成，ｍ≥１，ｍ个隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）由两个第二低压功率单元构成，其输入端串联输出端并联；隔离级的每个隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）的输入端与高压直流母线电容（４）中的一个第一低压直流电容的正负极相连；所有隔离型ＤＣ－ＤＣ变换器（２）的输出端并联并与第二低压直流母线电容（５）的正负极相连；第二低压直流母线电容（５）的正负极连接到共用直流母线的一个或多个的单相或三相逆变器（３）组成的输出级。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李子欣，李耀华，王平，朱海滨，胜晓松，刘育红，武林，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]