[發明專利]一種超導儲能磁體輸入輸出一體變流器

有效

• 申請號: 201110160091.1
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102222983A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 陳順中;王秋良;戴銀明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02M3/335
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于超導儲能磁體的變流器。

背景技術

近幾十年來，由于電力電子技術的迅速發展，低溫制冷技術的進步以及中小規模超導儲能磁體制造工藝的日趨成熟，使得人們對超導儲能(SMES)系統以及超導儲能磁體的應用研究投入了極大的熱情。在超導電力領域，微型超導儲能磁體系統在國外已經實現了商品化，廣泛用于改善電能質量，提高電力系統穩定性。

超導儲能(SMES)磁體是將能量以電磁能的形式儲存在超導線圈中的一種快速、高效的儲能裝置。與其他儲能裝置比較，SMES具有儲能大、轉換效率高、響應迅速、對環境無污染、控制方便及使用靈活等優點。

超導儲能磁體實際上是一個無電阻的大電感，其將電能轉化為電磁能儲存在電磁場中。超導儲能磁體在蓄能時需要有充電電源為其充電，將外部的電能輸入到超導儲能磁體中；當超導儲能磁體向外輸出能量時，超導儲能磁體中的電流也隨之不斷衰減，輸出電壓也不斷發生變化，所以超導儲能磁體需要配備輸出變流裝置以實現穩定的能量輸出；當超導儲能磁體不幸發生失超時需要有失超卸能裝置快速將超導儲能磁體中儲存的能量釋放出來，以防止超導儲能磁體儲存的能量轉化為熱能燒毀超導儲能磁體。因此，傳統的超導儲能系統中一般都配備有充電電源、輸出變流器及失超卸能裝置。這些設備不但占地空間大，而且成本昂貴。

發明內容

本發明的目的是提出一種能夠實現超導儲能磁體的充電輸入、變流輸出及失超卸能三種功能的一體變流器。本發明不但減少了超導儲能系統的整體體積，而且節省了成本費用。

本發明的一體變流器包括由四個電力電子開關串并聯組成的全橋開關電路、卸能電阻、濾波電容和雙向斬波電路。四個電力電子開關兩兩串聯形成全橋開關電路的兩個橋臂，兩個橋臂上端的電力電子開關的發射極并聯形成全橋開關電路的正極，兩個橋臂下端的電力電子開關的基極并聯形成全橋開關電路的負極。全橋開關電路的兩個橋臂的中點作為一體變流器的交流輸入或輸出端，全橋開關電路的正極和負極作為一體變流器的直流輸入或輸出端。全橋開關電路的正極同一個接觸器的常閉觸點連接，接觸器的常開觸點同卸能電阻的一端連接，接觸器的主觸點同濾波電容的一端連接，卸能電阻和濾波電容的另一端同時連接到全橋開關電路的負極上。雙向斬波電路由一個正向電力電子開關、一個正向二極管、一個逆向電力電子開關及一個逆向二極管組成。正向電力電子開關的發射極同逆向二極管的陽極連接，逆向二極管的陰極同逆向電力電子開關的發射極連接，逆向電力電子的基極同正向二極管的陰極連接，正向二極管的陽極連接到全橋開關電路的負極，而正向電力電子開關的基極連接到接觸器的主觸點上。超導儲能磁體并聯在逆向電力電子開關和逆向二極管組成的支路兩端。本發明的一體變流器中所采用的電力電子開關可為絕緣柵雙級晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。

當超導儲能磁體需要充電蓄能時，本發明的一體變流器作為充電電源向超導儲能磁體輸入能量。此時，全橋開關電路中的四個電力電子開關全部導通形成全橋整流電路，兩個橋臂的中點作為輸入端連接到交流電源上，接觸器閉合常閉觸點，交流電經過全橋開關電路的整流及濾波電容的濾波后變成恒壓直流電。雙向斬波電路中的逆向電力電子開關一直導通，再導通正向電力電子開關就可以實現向超導儲能磁體充電，如果控制正向電力電子開關的通斷占空比就可以控制向超導儲能磁體充電的速度。

當超導儲能磁體需要向外輸出能量時，本發明的一體變流器作為輸出變流器實現超導儲能磁體的能量輸出。此時，全橋開關電路中的四個電力電子開關交替導通和關斷形成逆變橋電路，接觸器閉合常閉觸點，雙向斬波電路中的正向電力電子開關一直導通，關斷逆向電力電子開關就可以實現超導儲能磁體向外輸出能量，超導儲能磁體輸出電壓經過濾波電容的濾波就可以得到一個恒壓直流輸出。如果控制逆向電力電子開關的通斷占空比就可以控制超導儲能磁體輸出能量的速度，從而控制濾波電容兩端電壓的大小。全橋開關電路的正極和負極連接負載就可以實現恒壓直流輸出，全橋開關電路中兩個橋臂中點連接負載就可以實現交流輸出。

當超導儲能磁體發生失超時，本發明的一體變流器作為卸能裝置實現超導儲能磁體的能量快速釋放。此時，接觸器閉合常開觸點，全橋開關電路不工作，雙向斬波電路中的正向電力電子開關一直導通，關斷逆向電力電子開關的就可以實現超導儲能磁體向卸能電阻卸放能量，通過控制逆向電力電子開關的通斷占空比就可以控制超導儲能磁體向卸能電阻釋放能量的速度，從而保護超導儲能磁體不被燒毀。

附圖說明