一种谐振型电力电子变流器及变流器装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力电子变流器技术领域，旨在提供一种谐振型电力电子变流器及变流器装置。该变流器包括输入级整流电路和后级的DC/DC电路，其输入级整流电路包括3个桥臂，每个桥臂由上下两个半桥臂组成，各桥臂的中点分别与高压交流电网的三相连接；每个半桥臂均包括n个模块单元，各模块单元端口首尾相连组成桥臂结构。本发明专利技术输入输出侧高频隔离，消去了笨重的低频变压器，同时实现高效率的能量传递和智能控制。能够阻断不同电网之间的谐波传递及故障的相互影响，同时输出电压范围很宽，可以实现电流、电压的连续调节，而且变流器系统运行信息收集简单方便，多个变流器系统之间可以相互通信，实现智能电网。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及电力电子变流器
，旨在提供一种谐振型电力电子变流器及变流器装置。该变流器包括输入级整流电路和后级的DC/DC电路，其输入级整流电路包括3个桥臂，每个桥臂由上下两个半桥臂组成，各桥臂的中点分别与高压交流电网的三相连接；每个半桥臂均包括n个模块单元，各模块单元端口首尾相连组成桥臂结构。本专利技术输入输出侧高频隔离，消去了笨重的低频变压器，同时实现高效率的能量传递和智能控制。能够阻断不同电网之间的谐波传递及故障的相互影响，同时输出电压范围很宽，可以实现电流、电压的连续调节，而且变流器系统运行信息收集简单方便，多个变流器系统之间可以相互通信，实现智能电网。【专利说明】—种谐振型电力电子变流器及变流器装置
本专利技术涉及电力电子变流器
，特别涉及一种可以实现高效率、高频隔离、高压输入、宽范围稳定电压输出，同时实现能量双向流动的电力电子变流器系统。
技术介绍
随着生态环境问题的日益严重，以及传统能源的日益枯竭，节能技术以及新能源的高效利用正在得到世界各国的重视和支持。智能电网无疑作为节能技术中一个重要应用方面，目前已成为工业界和学术界的研究热点。分布式发电是新能源利用的重要方式。分布式发电跟智能电网的结合成为未来电网的一个必然趋势。传统的新能源分布式发电系统，通过并网逆变器实现新能源到交流电网的能量传递。在较大功率场合，为了匹配并网逆变器输出与交流配电网电压，需要有工频变压器实现不同电网之间的连接，如光伏发电的220V交流输出与10kV、35kV的交流配电网之间的连接。上述传统的交流直接并网方式虽然简单，但由于分布式发电系统与整个电力系统通过交流电网耦合在一起，大大增加了系统能量调节的复杂性和控制难度。为了克服上述难题，基于低压直流母线的直流型微网系统引起了广泛的关注。通过在微网系统内部引入一个低压直流母线，方便可再生能源的接入，实现了交直流系统的解耦，同时也减少系统的功率变换级数，提高了系统整体效率。直流微网系统通过一个双向电力电子变流器连接到交流电网，实现微网与电网的能量交互。但是受限于目前电力电子器件的发展水平，这一架构同样需要一个工频配电变压器匹配双向电力电子变流器输出以及交流母线电压。虽然工频变压器制作工艺简单，价格低廉，但是工频变压器存在体积大、重量重、对故障不具备隔离能力，工频变压器原副边电网之间谐波会相互耦合，不能做到完全意义上的电气隔离，同时工频变压器无法维持副边电压稳定，并且无法实现能量的自动调节和智能管理，已经越来越不能满足电力系统发展过程中提出的新需求，如智能电网。为了灵活控制电网中的能量流动，有效利用新能源，同时减小变压器体积，目前学者们提出了一些解决方案，诸如欧盟的UNIFLEX-PM工程和北美的固态变压器结构(SST，也称电力电子变压器)等，这些方案可以控制能量的双向流动，同时利用高频变压器实现电气隔离，但是这些方案中电路结构复杂，控制繁琐，损耗大，效率低，同时冗余设计复杂，一旦某一器件出现故障，系统需要停电进行维修，可靠性低等，因此这些方案无法满足电网的要求。国内电力系统中的近距离输电电压通常为IOkV和35kV，而目前适用于大功率场合的有源开关器件(IGBT，SiC MOSFET等)耐压在6kV以下，常用的为1700V和3300V耐压的IGBT，因此普通的变流器结构无法满足高压要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种实现新能源输出和高压交流电网之间高效接口的谐振型电力电子变流器。为了解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是:提供一种谐振型电力电子变流器，包括输入级整流(逆变)电路和后级(隔离级)的DC/DC电路；所述输入级整流(逆变)电路包括3个桥臂，每个桥臂由上下两个半桥臂组成，各桥臂的中点分别与高压交流电网的三相连接；每个半桥臂均包括η个模块单元SMuvw和一个桥臂电感；每个模块单元SMuvw均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMU?的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMuvw中，u=p, η ；v=a, b，c ； w=l, 2...η ；所述后级的DC/DC电路，包括高频逆变电路、高频隔离变压器和高频整流电路；高频逆变电路包括两个桥臂，两个桥臂的中点均接于高频隔离变压器的原边，高频整流电路则接于闻频隔尚变压器的副边；闻频逆变电路的桥臂具有以下电路结构中的任意一种:(I)每个桥臂均由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂包括m个模块单元SMhfij和一个桥臂电感；每个模块单元SMhfu均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMhfu的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMhfu中，i=l, 2，3，4 ； j=l, 2…m ;或(2)其中一个桥臂由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂包括m个模块单元SMhfij和一个桥臂电 感；每个模块单元SMhfu均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMhfu的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMhfu中，i=l, 2 ；j=l, 2…m ;另一个桥臂由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂则由L个电容Cu和一个桥臂电感串联而成，所述电容Cij中，i=3, 4 ； j=l, 2，3…L。本专利技术中，所述高频逆变电路中还包括两个耦合电感，分别位于两个上桥臂的桥臂电感之间和两个下桥臂的桥臂电感之间。本专利技术中，所述模块单元SMuw和模块单元SMhfij中，有源开关器件、储能电容和短路开关所组成的电路是下述结构中的任意一种:半桥结构、全桥结构、半桥改进结构、飞跨电容箝位三电平结构，或二极管箝位三电平结构(或者多个器件串联后构成的半桥结构和全桥结构等)。本专利技术中，所述模块单元SMuvw和模块单元SMhfij中的有源开关器件为全控型电力电子器件，是下述产品中的任意一种:IGBT、IGCT、GT0，或SIC MOSFEF0本专利技术中，所述高频隔离变压器的副边是单个绕组输出或多个绕组输出。本专利技术中，所述高频隔离变压器是一个变压器或多个变压器；当是多个变压器时，高频变压器采用串联方式或并联方式连接。本专利技术中，所述高频整流电路是全桥整流电路、半桥整流电路或倍压整流电路。本专利技术中，所述高频整流电路的输出端接于燃料电池装置、太阳能装置、风能装置，或铅酸电池储能系统、锂电池储能系统(或者连接标准的逆变器系统，此外还可以应用在电解、电解冶金、直流电弧炉、等离子炬等低压大电流的场合)。本专利技术还进一步提供了一种基于前述谐振型电力电子变流器的实现新能源输出和高压交流电网之间高效接口的变流器装置，还包括控制电路和驱动电路，控制电路通过驱动电路为所述模块单元SMuvw和模块单元SMhfu中的有源开关器件提供开关信号；所述控制电路包括输入级的控制电路和隔离剂的驱动电路，其中:输入级的控制电路由三相电压、三相电流、直流母线电压采样电路、驱动信号产生电路、驱动信号分配电路、各模块电压采样电路、错误信号产生电路以及相应的通信电路组成；隔离级的控制电路与输入级的控制电路结构相同，需采样直流母线电压和输出直流电压以构成闭环控制；所述驱动电路由电气隔离电路、高压隔离的电源以及驱动芯片组成，其中电气隔离电路采用光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振型电力电子变流器，包括输入级整流电路和后级的DC/DC电路，其特征在于：所述输入级整流电路包括3个桥臂，每个桥臂由上下两个半桥臂组成，各桥臂的中点分别与高压交流电网的三相连接；每个半桥臂均包括n个模块单元SMuvw和一个桥臂电感；每个模块单元SMuvw均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMuvw的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMuvw中，u=p,n；v=a,b,c；?w=1,2…n；所述后级的DC/DC电路，包括高频逆变电路、高频隔离变压器和高频整流电路；高频逆变电路包括两个桥臂，两个桥臂的中点均接于高频隔离变压器的原边，高频整流电路则接于高频隔离变压器的副边；高频逆变电路的桥臂具有以下电路结构中的任意一种：（1）每个桥臂均由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂包括m个模块单元SMhfij和一个桥臂电感；每个模块单元SMhfij均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMhfij的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMhfij中，i=1,2,3,4；j=1,2…m；或（2）其中一个桥臂由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂包括m个模块单元SMhfij和一个桥臂电感；每个模块单元SMhfij均包括有源开关器件、储能电容和短路开关，并具有两个输出端口，各模块单元SMhfij的端口首尾相连组成桥臂结构；所述模块单元SMhfij中，i=1,2,3,4；j=1,2…m；另一个桥臂由上下两个半桥臂组成，每个半桥臂则由L个电容Cij和一个桥臂电感串联而成，所述电容Cij中，i=3,4；?j=1,2,3…L。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝辉，张军明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：