一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，包括：3个三柱四绕组工频变压器、串联变流器、并联变流器、控制器；三柱四绕组工频变压器包括“日字型”三柱式变压器铁芯、高压绕组W1、串联绕组W2、低压绕组W3、并联绕组W4；3个三柱四绕组工频变压器的高压绕组W1根据电压等级采用角型联结或星型联结方式接入中高压交流电网；串联绕组W2采用星型联结或角型联结方式与所述串联变流器的交流侧相连；低压绕组W3采用星型联结形成低压交流端口；并联绕组W4采用星型联结与所述并联变流器的交流侧相连；串联变流器和并联变流器的直流侧相连，形成低压直流端口。降低了变流器的工作电压和容量，不需要大量子模块串并联。不需要大量子模块串并联。不需要大量子模块串并联。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器


[0001]本专利技术属于柔性交直流配电
，更具体地，涉及一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器。

技术介绍

[0002]新型配电系统是建设新型电力系统的重要组成部分。在此背景下，配电系统正在从单向输送型向双向有源型过渡。其中，实现能量高效分配管理的设备被命名为“能源路由器”，目前因其主要实现方案集中在电能交互方面，因此又称为“电能路由器”。面向中高压配电网应用的电能路由器，现阶段多采用级联H桥形式和模块化多电平形式的两大类基于全电力电子模块的拓扑结构方案，需要大量子模块串并联，常规基于全电力电子模块的电能路由器，其结构复杂、成本高昂、运行损耗大、可靠性低、运行经验不足、维护困难，导致难以普遍推广应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术第一方面提供了一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，包括：3个三柱四绕组工频变压器、串联变流器、并联变流器和控制器；所述三柱四绕组工频变压器包括日字型三柱式变压器铁芯、高压绕组W1、串联绕组W2、低压绕组W3、并联绕组W4；所述串联绕组W2位于所述日字型三柱式变压器铁芯的左柱，所述高压绕组W1位于所述日字型三柱式变压器铁芯的中柱，所述低压绕组W3位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱，所述并联绕组W4位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱；3个所述三柱四绕组工频变压器的高压绕组W1采用角型联结或星型联结方式形成中高压交流端口，串联绕组W2采用星型联结与所述串联变流器的交流侧相连，低压绕组W3采用星型联结或角型联结方式形成低压交流端口，并联绕组W4采用星型联结与所述并联变流器的交流侧相连；所述串联变流器和所述并联变流器的直流侧相连，形成低压直流端口；所述控制器控制连接所述串联变流器和所述并联变流器。
[0004]本专利技术第二方面提供一种基于所述基于工频电磁耦合的混合式电能路由器的配电系统，所述混合式电能路由器的中高压交流端口连接到中高压配电网，低压交流端口通过交流母线连接交流负荷终端、交流型储能装置以及交流型新能源发电装置，低压直流端口通过直流母线连接直流负荷终端、直流型储能装置以及直流型新能源发电装置。
[0005]本专利技术第三方面提供一种基于所述基于工频电磁耦合的混合式电能路由器的配电系统的控制方法，包括：所述控制器控制所述串联变流器工作于电压源模式，输出给定的幅值和相位的串联电压，用于对低压交流端口的调幅和调相，并补偿中压侧谐波电压；所述控制器控制所述并联变流器工作于电流源模式，控制低压交流端口和低压直
流端口交换的有功功率，并对低压交流的无功功率、谐波电流、不平衡电流进行补偿。
[0006]与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：（1）结构、控制复杂度低。在10kV及以上中高压配电网场景，混合式电能路由器的电力电子变流器（串联变流器和并联变流器）只需对必要的功率进行变换，一般无需多电平多级级联结构，拓扑结构和控制复杂度较低；（2）低投资成本。采用电磁性的工频变压器，价格低廉、技术成熟，只需少量电力电子变流器实现主动调控，大大降低了投资成本。
[0007]（3）低运行损耗。混合式电能路由器采用工频变压器（采用硅钢片或非晶合金的工频变压器运行效率大于99%）传输主要功率，电力电子变流器为辅进行主动调控，具备高运行效率的优点。
[0008]（4）高可靠性。变压器电磁本体的可靠性远高于电力电子装置，当电力电子变流器故障时，只需采用绕组旁路或开路方法将其切除，并不会导致变压器供电中断，可靠性高。
附图说明
[0009]图1是本专利技术实施例提供的基于工频电磁耦合的混合式电能路由器结构示意图。
[0010]图2是本专利技术混合式电能路由器中3个三柱四绕组工频变压器Dyn接线示意图。
[0011]图3是本专利技术混合式电能路由器中串联变流器和并联变流器第一种结构示意图。
[0012]图4是本专利技术混合式电能路由器中串联变流器和并联变流器第二种结构示意图。
[0013]图5是本专利技术混合式电能路由器中3个三柱四绕组工频变压器YgD接线示意图。
[0014]图6是本专利技术混合式电能路由器中串联变流器和并联变流器第三种结构示意图。
[0015]图7是本专利技术混合式电能路由器在中压交流电压电压波形下控制效果示意图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0017]实施例1如图1所示，一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，包括：3个三柱四绕组工频变压器、串联变流器、并联变流器和控制器；所述三柱四绕组工频变压器包括日字型三柱式变压器铁芯、高压绕组W1、串联绕组W2、低压绕组W3、并联绕组W4；所述串联绕组W2位于所述日字型三柱式变压器铁芯的左柱，所述高压绕组W1位于所述日字型三柱式变压器铁芯的中柱，所述低压绕组W3位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱，所述并联绕组W4位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱；3个所述三柱四绕组工频变压器的高压绕组W1采用角型联结方式（D）形成中高压交流端口，串联绕组W2采用星型联结方式（Y）与所述串联变流器的交流侧相连，低压绕组W3采用星型联结方式（Y）形成低压交流端口，并联绕组W4采用星型联结方式（Y）与所述并联变流器的交流侧相连；所述串联变流器和所述并联变流器的直流侧相连，形成低压直流端口；所述控制器控制连接所述串联变流器和所述并联变流器。
[0018]在本实施例中，如图2所示，三柱四绕组式采用Dyn联结形式，中高压交流电网进线A、B、C相分别接入角型联结（D）的三柱四绕组工频变压器的高压绕组A、B、C端子；低压绕组
星型联结（Y）形成的低压交流端口包括a、b、c、n的三相四线制，n线接地。三柱四绕组工频变压器的串联绕组U、V、W与串联变流器的交流端口U、V、W连接。三柱四绕组工频变压器的并联绕组x、y、z与并联变流器的交流端口x、y、z连接。
[0019]串联变流器包括DC/AC功率变换模块和LC滤波器，所述DC/AC功率变换模块根据电压和电流等级可以采用三相两电平拓扑（如图3所示）、三相三电平拓扑（如图4所示）或三相模块化多电平拓扑；所述DC/AC功率变换模块的交流侧与所述LC滤波器的电感端连接，所述LC滤波器的电容端与星型联结的串联绕组W2相连。
[0020]并联变流器包括AC/DC功率变换模块和L滤波器，所述AC/DC功率变换模块根据电压和电流等级可以采用三相两电平拓扑（如图3所示）、三相三电平拓扑（如图4所示）或三相模块化多电平拓扑；所述AC/DC功率变换模块的交流侧与所述L滤波器的电感一端连接，所述L滤波器的电感的另一端与星型联结的并联绕组W4相连。
[0021]具体的，串联变流器和并联变流器的拓扑结构采用的开关器件可以为带续流二极管的Si
‑
IGBT或者Si
‑
MOSFET本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，其特征在于，包括：3个三柱四绕组工频变压器、串联变流器、并联变流器和控制器；所述三柱四绕组工频变压器包括日字型三柱式变压器铁芯、高压绕组W1、串联绕组W2、低压绕组W3、并联绕组W4；所述串联绕组W2位于所述日字型三柱式变压器铁芯的左柱，所述高压绕组W1位于所述日字型三柱式变压器铁芯的中柱，所述低压绕组W3位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱，所述并联绕组W4位于所述日字型三柱式变压器铁芯的右柱；3个所述三柱四绕组工频变压器的高压绕组W1采用角型联结或星型联结方式形成中高压交流端口，串联绕组W2采用星型联结与所述串联变流器的交流侧相连，低压绕组W3采用星型联结或角型联结方式形成低压交流端口，并联绕组W4采用星型联结与所述并联变流器的交流侧相连；所述串联变流器和所述并联变流器的直流侧相连，形成低压直流端口；所述控制器控制连接所述串联变流器和所述并联变流器。2.根据权利要求1所述的基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，其特征在于：所述串联变流器包括DC/AC功率变换模块和LC滤波器，所述DC/AC功率变换模块的交流侧与所述LC滤波器的电感端连接；所述LC滤波器的电容端与星型联结的串联绕组W2相连。3.根据权利要求2所述的基于工频电磁耦合的混合式电能路由器，其特征在于：所述DC/AC功率变换模块采用三相两电平拓扑、三相三电平拓扑或三相模块化多电平拓扑；所述DC/AC功率变换模块的拓扑结构采用的开关器件为带续流二极管的Si
‑
IGBT、Si
‑
MOSFET或者SiC

【专利技术属性】
技术研发人员：赖锦木，尹项根，尹昕，肖繁，王要强，梁军，胡家玄，徐帅，
申请(专利权)人：华中科技大学国网湖北省电力有限公司电力科学研究院长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：