[發明專利]一種可平衡不對稱負載的三相電力電子變壓器

有效

• 申請號: 201210315989.6
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102820666A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 劉進軍;王新宇;徐濤濤;王曉劍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/26
• 分類號: H02J3/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于電力電子變壓器技術領域，涉及一種基于多級多模塊級聯結構的可平衡不對稱負載的三相電力電子變壓器。

背景技術

在電力系統中，主要起變壓和隔離作用的傳統電力變壓器被廣泛應用。一方面，傳統電力變壓器具有效率高、成本低、可靠性高、結構簡單等優點；另一方面，它也具有明顯的缺點，笨重、體積大、空載損耗大，功能單一，使用變壓器油對環境構成威脅，帶非線性負載時畸變電流會污染電網，電網有波動時又會影響負載等等。隨著電力系統的發展，尤其是分布式發電系統及新能源的發展，迫切需要一種新的電能轉換裝置除了實現電氣隔離和變壓功能之外還能實現負載側調壓、功率因素校正、輸入輸出兩側諧波抑制等等功能，同時體積小、重量輕、空載損耗小。顯然，傳統電力變壓器無法滿足這些應用要求。

隨著電力電子技術的發展，電力電子變壓器（PET—Power?electronic?transformer）或固態變壓器（SST—Solid-state?transformer）的概念被提出用來解決這些傳統電力變壓器無法解決的問題。PET自上世紀70年代初被提出之后，經歷了40年斷斷續續的發展，許多拓撲被提出。這些拓撲從級聯的級數角度，可分為單級結構、兩級結構和三級結構；從模塊化角度可分為基于全橋結構和基于二極管鉗位或飛跨電容結構兩類。從級聯的級數角度看，級聯的級數越多，PET能夠實現的功能就越多，因而現在主要基于三級結構；從模塊化角度看，對于大功率高電壓電壓應用場合，基于全橋結構比基于二極管鉗位或飛跨電容結構有更大的優勢，因而也是現在研究的主流。

目前，由于現有電力電子器件成本相對來說比較高，電力電子變壓器總體成本上相對于傳統電力變壓器要高很多。隨著電力電子器件水平和高頻變壓器材料的發展，電力電子變壓器將會逐步替代傳統電力變壓器在電力系統中的位置。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種基于多級多模塊級聯結構的可平衡不對稱負載的三相電力電子變壓器，不僅能夠實現傳統變壓器電壓變換、電氣隔離和能量雙向傳遞的功能，而且便于生產、調試和維護。

本發明是通過以下技術方案來實現：

首先提出第一種拓撲結構：

一種可平衡不對稱負載的三相電力電子變壓器，其特征在于，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；

輸入級的三相中，每相包括3N個相同的串聯的輸入級功率變換器，N為自然數，每個輸入級功率變換器的兩個輸出端之間并聯有直流儲能電容；每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；

隔離級的三相中，每相包括3N個通過高頻變壓器連接的高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器；每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器與輸入級的對應相的輸入級功率變換器一一對應連接；

輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器與高頻AC/DC環節的功率變換器一一對應連接，3N個中的每個輸出級功率變換器的兩個輸入端之間并聯有輸出級直流儲能電容，交流側連接有LC濾波器；

每相中均有1/3的輸出級功率變換器的一個輸出端通過LC濾波器分別交叉連接匯集于a相、b相和c相，所有輸出級功率變換器的另一個輸出端匯集于n點。

所述的輸入級功率變換器、高頻DC/AC環節功率變換器、高頻AC/DC環節的功率變換器和輸出級功率變換器均采用全控型單相全橋功率變換器。

所述的輸入級功率變換器輸出端與高頻DC/AC環節功率變換器的輸入端相連接；

高頻DC/AC環節功率變換器的輸出端接高頻變壓器的原邊，高頻變壓器的副邊接高頻AC/DC環節的功率變換器的輸入端；

高頻AC/DC環節的功率變換器的輸出端與輸出級功率變換器的輸入端相連接；輸出級功率變換器的輸出端連接LC濾波器的輸入端，LC濾波器接三相供電網絡。

所述從輸入級、隔離級到輸出級，交流、直流的變化依次為：

輸入級中，輸入電網交流輸入經過輸入級功率變換器轉換成直流，并通過直流儲能電容傳遞給隔離級；

隔離級中，直流輸入通過隔離級高頻DC/AC環節功率變換器轉換成交流，并通過高頻變壓器傳遞給高頻AC/DC環節的功率變換器，再通過高頻AC/DC環節的功率變換器轉換成直流，并通過直流儲能電容傳遞給輸出級；

輸出級中，直流輸入通過輸出級功率變換器轉換成交流，并通過LC濾波器傳遞給三相供電網絡。