基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器制造技术

本发明专利技术公开了基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，包括一个或多个三相变压器级联单元，每个三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，每个三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V

【技术实现步骤摘要】
基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器


[0001]本专利技术属于电能变换
，具体涉及基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器。

技术介绍

[0002]现有的多相输电方式的研究限于相数为3的倍数相如6，12，24相等。因为实现三相与3的倍数相之间的多相变换很容易通过改变三相变压器的接线方式得到，但是，为了避免多相输电线路复杂的换位，又保证各相参数平衡，必须将多相线路的各相导线排列成正多边形，这使得6相及以上多相导线的悬挂困难，杆塔结构复杂，线路造价上升。随着线路相数的增加，多相输电线路的故障组合类型迅速增加，这使故障的分析计算，继电保护的设计及整定增加了难度。此外，多相输电系统中的断路器结构比较复杂，相间过电压倍数较高。由于上述缺点六相及以上多相输电方式的推广应用受到限制。
[0003]事实上四相输电系统是最接近于三相的多相系统，也是最小可能的偶数相系统。它既具有多相输电方式的优点又克服了多相输电所存在的缺点。四相输电方式的主要优点是：1.增加一相线路，空间电磁场分布更加均匀，输送容量增加，线路走廊反而减小能提高线路的输送功率密度，节省输送单位容量的投资成本；2.四相线路是偶数相，对称性好，四相导线可以对称地悬挂在单柱杆塔的两侧，杆塔结构简单；3.四相线路可以采用两相邻相运行，可以提高输电系统运行的可靠性与暂态稳定性；4.四相输电线路故障的组合类型远远少于六相及以上多相输电线路，不会给故障分析、继电保护的设计与整定增加太大的困难；5.在远海风电能量输送系统中采用四相同样具有优势，四相输送可以保证检修一条线路时，或一条线路故障时，剩余三相线路能正常工作，保证能量连续传输。故此，四相系统因其独特的优势，具有优秀的研究价值和发展前景。然而传统的方式为，通过变压器将三相变为四相不够灵活，因此寻找一种三相变四相及可实现三相系统和四相系统互联的装置具有重要的价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，能够将三相交流输入电压变换为N相交流输出电压，并且输出电压的频率、幅值、相位均独立可控。
[0005]本专利技术所采用的第一种技术方案是，基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，包括多个三相变压器级联单元，每个三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，每个三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V
Z1
…
V
ZN
和N个负极输出端口V
F1
…
V
FN
，其中N不小于3，每个三相变压器级联单元的负极输出端口V
F1
到V
FN
依次连接其右侧相邻三相变压器级联单元的正极输出端口V
Z1
到V
ZN
，首个三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，多个LC滤波器的电容端相接后依次连接在末端三相变压器级联单元的负极输出端口，N个LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N
个交流电输出端口。
[0006]本专利技术所采用的第二种技术方案是，基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，包括三相变压器级联单元，三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V
Z1
…
V
ZN
和N个负极输出端口V
F1
…
V
FN
，三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，三相变压器级联单元的N个负极输出端口分别连接一个LC滤波器的电容端，N个LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N个交流电输出端口。
[0007]本专利技术的特点还在于：
[0008]三相变压器级联单元包括三相心式多绕组变压器和3N个级联直接式AC/AC斩波器，三相心式多绕组变压器的每个铁芯柱上连接一个初级绕组和多个次级绕组，每个初级绕组的正极性线分别连接交流输入电压U相、V相、W相中的其中一相，三个初级绕组的负极性线星接或角接，每个铁芯柱上的次级绕组均等连接N个级联直接式AC/AC斩波器输入端，连接U相的铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器的输出正极分别连接一个正极输出端口，作为三相变压器级联单元的N个正极输出端口V
Z1
…
V
ZN
，连接U相的铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器输出负极依次对应连接V相铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器输出正极，V相铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器输出负极依次对应连接W相铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器输出正极，W相铁芯柱对应的N个级联直接式AC/AC斩波器输出负极分别连接一个负极输出端口，作为三相变压器级联单元的N个负极输出端口V
F1
…
V
FN
。
[0009]每个级联直接式AC/AC斩波器包括多个直接式AC/AC斩波器，每个直接式AC/AC斩波器输入端正负极均连接一个次级绕组输出端正负极，多个直接式AC/AC斩波器通过输出负极连接相邻直接式AC/AC斩波器输出正极的方式连接，首端直接式AC/AC斩波器输出正极作为级联直接式AC/AC斩波器输出正极，尾端直接式AC/AC斩波器输出负极作为级联直接式AC/AC斩波器输出负极。
[0010]每个级联直接式AC/AC斩波器为直接式AC/AC斩波器，直接式AC/AC斩波器输入端正负极连接次级绕组输出端正负极，直接式AC/AC斩波器输出端正极作为级联直接式AC/AC斩波器输出正极，直接式AC/AC斩波器输出端负极作为级联直接式AC/AC斩波器输出负极。
[0011]本专利技术益效果是：
[0012](1)本专利技术可实现将三相交流变换为N相交流，并且输出电压的频率、幅值、相位均独立可控。
[0013](2)本专利技术可实现功率的双向流动，将三相系统和N相系统构成互联。
[0014](3)本专利技术中各个级联直接式AC/AC变换器的输入侧通过变压器磁路进行耦合，能够实现电流谐波消除，避免将其引入变压器一次侧，对输入电流造成谐波污染。
[0015](4)本专利技术中不含直流电容，拥有更低的成本和体积，也不存在电容均压或电容启动问题，降低了控制系统的复杂程度。
附图说明
[0016]图1是本专利技术基于三相变压器级联的三相交流变N相交流直接式交交变换器拓扑结构图；
[0017]图2是本专利技术中三相变压器级联单元的内部结构图；
[0018]图3是本专利技术中三相变压器级联单元的级联直接式AC/AC斩波器的内部结构；
[0019]图4是本专利技术采用单个三相变压器级联单元在N＝4时内部结构示意图；
[0020]图5是本专利技术基于三相变压器级联的三相交流变N相交流直接式交交变换器工作于降频模式输入输出电压波形图；
[0021]图6是本专利技术基于三相变压器级联的三相交流变N相交流直接式交交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，其特征在于，包括多个三相变压器级联单元，每个所述三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，每个所述三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V
Z1
…
V
ZN
和N个负极输出端口V
F1
…
V
FN
，其中N不小于3，每个三相变压器级联单元的负极输出端口V
F1
到V
FN
依次连接其右侧相邻三相变压器级联单元的正极输出端口V
Z1
到V
ZN
，首个所述三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，多个所述LC滤波器的电容端相接后依次连接在末端三相变压器级联单元的负极输出端口，N个所述LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N个交流电输出端口。2.基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，其特征在于，包括三相变压器级联单元，所述三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，所述三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V
Z1
…
V
ZN
和N个负极输出端口V
F1
…
V
FN
，所述三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，所述三相变压器级联单元的N个负极输出端口分别连接一个LC滤波器的电容端，N个所述LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N个交流电输出端口。3.根据权利要求1或2所述基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，其特征在于，所述三相变压器级联单元包括三相心式多绕组变压器和3N个级联直接式AC/AC斩波器，所述三相心式多绕组变压器的每个铁芯柱上连接一个初级绕组和多个次级绕组，每个初级绕组的正极性线分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，朱炳达，邵鑫铭，郭东波，裴忠晨，姜宇，孙赫阳，杨冬锋，刘士利，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：