[發(fā)明專利]一種具有多繞組隔離變壓器的電力電子變壓器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010117554.1
• 申請日: 2010-03-03
• 公開（公告）號: CN101795081A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王平;李耀華;李子欣;朱海濱;勝曉松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02M5/45
• 分類號: H02M5/45;H02M7/521;H01F30/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力電子變壓器。

背景技術(shù)

電力變壓器是電力系統(tǒng)的基本組成設(shè)備。其突出優(yōu)點(diǎn)是制作工藝簡單、可靠性高、價格低廉；但是這種電力變壓器僅能實(shí)現(xiàn)單一的電壓等級變換、電能的隔離傳遞，但是由于鐵磁元件的非線性造成了電網(wǎng)電壓和電流的畸變產(chǎn)生諧波污染，而且不能維持次級電壓恒定，不具備對電壓、電流的連續(xù)調(diào)節(jié)和綜合控制能力，不能實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)其他設(shè)備的互動，不能滿足未來智能電網(wǎng)的要求。電力電子變壓器是隨著電力電子的技術(shù)進(jìn)步而出現(xiàn)的一種新型智能化的可用于電力系統(tǒng)電能變換和傳遞的新型電力設(shè)備。自上個世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外研究人員已經(jīng)提出了多種具體的實(shí)施方案。如：美國GE公司首先提出了一種具有高頻鏈接的AC/AC變換電路；2000年，在ABB公司的支持下，美國密蘇里大學(xué)羅拉分校(University?of?Missouri?Rolla)和普度大學(xué)(Purdue?University)研制成功10kVA，單相7200V/240V電力電子變壓器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)；美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(Universityof?Wisconsin?Madison)研制成功10kW，三相230V/230V的電力電子變壓器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。美國電力科學(xué)研究院(EPRI)在2001年提出“Intelligrid”(智能電網(wǎng))的概念后，就已開始研究智能電網(wǎng)所需的智能配電設(shè)備技術(shù)，經(jīng)過深入調(diào)研，就將基于現(xiàn)代電力電子技術(shù)的智能通用變壓器(Intelligent?Universal?Transformer；IUT)作為其智能配電網(wǎng)中的重要研發(fā)工作之一，于2005年采用HV-IGBT研制出2.4kV，20kVA的智能通用變壓器樣機(jī)，2008年開始研制100kVA?15kV樣機(jī)，目前正在進(jìn)行中。其目標(biāo)就是研制和推廣使用智能通用變壓器，取代目前廣泛使用傳統(tǒng)的配電電力變壓器，使其成為未來智能電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備和組成部分。

中國專利ZL?02139030.4、ZL200510019091.4、ZL200910025824.3等電力電子變壓器具有各自特點(diǎn)，但是這些實(shí)現(xiàn)方案中，級聯(lián)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中均采用與高壓輸入級聯(lián)個數(shù)同樣個數(shù)的單一輸入繞組、單一輸出繞組的隔離變壓器實(shí)現(xiàn)隔離鏈接及同樣級數(shù)的低壓輸出級。這些結(jié)構(gòu)的不足在于，在實(shí)現(xiàn)高電壓輸入情況下，給多級級聯(lián)的電力電子變壓器在控制、安裝等工程實(shí)現(xiàn)過程增加了復(fù)雜度和制造成本。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種具有多輸入繞組單輸出繞組隔離變壓器鏈接的電力電子變壓器，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)一般傳統(tǒng)電力變壓器的功能，而且還能保障次級供電電壓恒定，同時具備對電壓電流的連續(xù)調(diào)節(jié)和綜合控制能力，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動以及與電網(wǎng)其他設(shè)備的互動，能夠滿足未來智能電網(wǎng)的需求。

本發(fā)明具有多輸入繞組單輸出繞組隔離鏈接變壓器的電力電子變壓器由m組具有多輸入繞組單輸出繞組隔離變壓器鏈接的電力電子變壓器基本單元模塊(1≤m≤3)和一組低壓輸出級組成。高壓輸入級，隔離鏈接級組成所述的電力電子變壓器基本單元模塊。一組基本單元模塊和一組低壓輸出級可構(gòu)建一臺單相輸入，三相四線輸出的電力電子變壓器。所述的基本單元模塊用于構(gòu)建三相輸入的電力電子變壓器時，三個基本單元模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同并且獨(dú)立。每個基本單元模塊由高壓輸入級、隔離鏈接級組成。高壓輸入級采用n組H橋型功率轉(zhuǎn)換模塊級聯(lián)(n為大于1的整數(shù))。輸入電壓從高壓輸入級的H橋型AC-DC功率轉(zhuǎn)換模塊的交流電感的輸入端輸入，高壓輸入級H橋型功率AC-DC轉(zhuǎn)換模塊的直流輸出端與隔離鏈接級中的H橋型DC-AC功率轉(zhuǎn)換模塊的直流輸入端連接，隔離鏈接級中的H橋型AC-DC功率轉(zhuǎn)換模塊的直流輸出端與低壓輸出級DC-AC的直流輸入端連接。

高壓輸入級采用n組H橋型AC-DC功率轉(zhuǎn)換模塊級聯(lián)，每個級聯(lián)H橋型功率轉(zhuǎn)換模塊的交流輸入側(cè)串聯(lián)連接一支交流輸入電感，級聯(lián)H橋型功率轉(zhuǎn)換模塊的直流輸出側(cè)并聯(lián)連接一支直流儲能電容器。隔離鏈接級由一組具有n組輸入繞組，一組輸出繞組的隔離變壓器，n組H橋型DC-AC功率轉(zhuǎn)換模塊、一組H橋型AC-DC功率轉(zhuǎn)換模塊，以及直流側(cè)儲能電容器組成，H橋型DC-AC功率轉(zhuǎn)換模塊的個數(shù)與隔離變壓器輸入繞組的組數(shù)、高壓輸入級的H橋型AC-DC功率轉(zhuǎn)換模塊的級聯(lián)個數(shù)相同。隔離變壓器可為中頻或高頻變壓器。低壓輸出級由一組連接在公共直流母線上的DC-AC功率轉(zhuǎn)換模塊組成，所述的DC-AC功率轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接一組LC濾波器。