[發(fā)明專利]開關(guān)切換型單元冗余高壓變頻器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910083322.6
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101594060A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬永健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02M5/16
• 分類號: H02M5/16
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張愛群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高壓變頻器，特別是一種能夠確保在任意一個功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行的情況下，仍具有額定電壓輸出能力，即具有“N+1單元冗余”功能的高壓變頻器。同時，還涉及到這種高壓變頻器的控制方法。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域如冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是，高壓大功率變頻器的應(yīng)用日漸廣泛。而由功率單元(又稱功率模塊，如圖2所示)串聯(lián)構(gòu)成的高壓大功率變頻器(如圖1所示)作為適合中國國情、性能優(yōu)異的變頻器，受到眾多變頻器生產(chǎn)廠商、科研院所、工程技術(shù)人員、用戶的青睞。

這種高壓變頻器結(jié)構(gòu)已經(jīng)在中國發(fā)明專利ZL97100477.3中公開。該高壓變頻器在電網(wǎng)側(cè)有一個整流變壓器，此整流變壓器有多個副邊繞組，為了抑制對電網(wǎng)的諧波，這些副邊繞組常常采用曲折繞法，達(dá)到移相的效果，分別給各個串聯(lián)的功率單元供電。每個功率單元為3相輸入、單相輸出的電壓源型變頻器。

在電路原理上，此整流變壓器起到了隔離的作用，使各功率單元相互之間在輸入側(cè)隔離，這樣，由于功率單元的逆變橋在輸出側(cè)相互串聯(lián)，功率單元的整體電位(電勢)就會逐級提高。

在每個功率單元中，設(shè)有旁路電路，能夠在功率單元需要退出運(yùn)行時在其輸出側(cè)的2個接點(diǎn)間建立低阻電流通路，使得該功率單元退出運(yùn)行后，整機(jī)仍能工作。功率單元的輸出側(cè)沒有旁路機(jī)構(gòu)的，可以通過控制該功率單元輸出零矢量實(shí)現(xiàn)單元旁路。所謂“零矢量”是指功率單元通過控制其內(nèi)部的電力電子開關(guān)的狀態(tài)，使其兩個輸出端之間輸出零電壓，即為低阻抗短路狀態(tài)。

當(dāng)有功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時，變頻器的電壓輸出能力必然有所降低，無法輸出其額定輸出電壓，必然會影響負(fù)載的正常運(yùn)行。因此，為了避免這種因個別功率單元故障影響負(fù)載的正常運(yùn)行的情況發(fā)生，有必要對高壓變頻器進(jìn)行故障冗余設(shè)計。這種為了確保高壓變頻器在任意一個功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行的情況下，仍具有額定電壓輸出能力的冗余結(jié)構(gòu)稱為N+1單元冗余結(jié)構(gòu)。

目前，為實(shí)現(xiàn)上述N+1單元冗余功能通常的做法是在已有變頻器的基礎(chǔ)上增加一級共三個功率單元。即由原先的m級共3m個功率單元增加到m+1級共3m+3個功率單元，整流變壓器相應(yīng)增加三組副邊繞組。這種做法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)N+1單元冗余功能，但需要增加三個功率單元及三組副邊繞組，可見其所需增加的成本也較高。

本發(fā)明即是針對現(xiàn)有技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)N+1單元冗余功能所需成本過高的問題，對高壓變頻器中的N+1單元冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其實(shí)現(xiàn)成本降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)N+1單元冗余功能所需成本過高的問題，提供一種實(shí)現(xiàn)成本更為低廉的具有N+1單元冗余結(jié)構(gòu)的高壓變頻器及其控制方法。

本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

開關(guān)切換型單元冗余高壓變頻器，其特征在于：由多副邊繞組變壓器、3m+1個功率單元和兩個開關(guān)組構(gòu)成；所述3m+1個功率單元中包括有一個備用功率單元；剩下3m個功率單元均分為三組，每組分別由m個功率單元串聯(lián)構(gòu)成變頻器的一個相線，分別為第一、第二、第三相線；所述兩個開關(guān)組分別為第一開關(guān)組和第二開關(guān)組；

所述功率單元為一個三相輸入、單相輸出的變頻器；各個功率單元的輸入端分別與所述多副邊繞組變壓器中的一個副邊繞組相連；所述功率單元的輸出端分別為正極和負(fù)極；

所述備用功率單元的一個輸出端與第二相線相連；該備用功率單元與第二相線相連的一端為第一接點(diǎn)，未與第二相線相連的一端為第二接點(diǎn)；所述備用功率單元的兩個輸出端均與所述的第一、第二開關(guān)組相連；所述第一、第三相線分別與所述第一、第二開關(guān)組相連，并在該兩個開關(guān)組的控制下選擇與所述備用功率單元的第一接點(diǎn)或第二接點(diǎn)相連通；所述第一、第二、第三相線未與備用功率單元或開關(guān)組相連的一端構(gòu)成變頻器的三相輸出端。

在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，所述備用功率單元處于旁路狀態(tài)或者輸出零矢量，或者所述兩個開關(guān)組將第一、第三相線與之相連的一端同時與備用功率單元的第一接點(diǎn)相連通。

所述第一、第二開關(guān)組分別由兩個切換開關(guān)組成；所述第一開關(guān)組的兩個切換開關(guān)一端與所述第一相線的一端相連，另一端分別與所述備用功率單元的第一接點(diǎn)和第二接點(diǎn)相連；所述第二開關(guān)組的兩個切換開關(guān)一端與所述第三相線的一端相連，另一端分別與所述備用功率單元的第一接點(diǎn)和第二接點(diǎn)相連。