[發明專利]一種三相電力電子變壓器的功率模塊組

有效

• 申請號: 201410406509.6
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104184356B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 戴朝波
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H02M7/72
• 分類號: H02M7/72
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種電力電子變壓器技術領域的裝置，具體講涉及一種三相電力電子變壓器的功率模塊組。

背景技術

“主動配電網”概念的提出和不斷實踐可以解決分布式發電技術迅速發展及加速推廣應用所帶來的一系列技術問題。主動配電網旨在提高配電網對能量的主動分配能力和經濟運行水平，積極消納可再生能源，提升配電網供電可靠性和電能質量水平，可使配電網更加高效、更加環保地運行，同時對配電網的可控性要求更高。

配電變壓器作為配電網的基本組成設備，其運行可靠性、技術性能與經濟指標會直接影響配電網的供電可靠性、電能質量和智能化程度。傳統的配電變壓器通常采用鐵芯油浸式或干式，突出優點是可靠性好、效率高、價格低廉。但在電力系統面對一系列新挑戰的背景下，作為電力系統最基本輸變電裝置的電力變壓器，功能單一所表現出的下述不足越來越明顯：

1、體積、重量大，變壓器絕緣油污染環境；

2、空載損耗較高，負載時輸出電壓隨負荷波動；

3、負載側發生故障時，不能隔離故障，將波及電源側；

4、帶非線性負載時，畸變電流通過變壓器耦合進入電網，會對電網造成污染；

5、電源側電壓受到干擾時，又會傳遞到負荷側，導致對敏感負荷的影響；

6、需要相關的配套設備對其進行檢測和保護；

7、鐵磁元件非線性，投入電網時造成較大的勵磁涌流，鐵芯磁飽時產生諧波污染，造成電網電壓和電流畸變，振動和噪聲增大。

電力電子變壓器(PET)是指采用電力電子換流器及中/高頻變壓器實現的新型電力變壓器，它在完成常規變壓器變壓、隔離和能量傳遞等功能的同時，亦可具有波形控制、潮流控制和電能質量控制等功能。電力電子變壓器可作為輸電網和配電網的無縫接口和動態控制點，起到類似能量路由器的功能，對配電網的潮流實現靈活控制、動態無功補償和故障限流，提高可再生能源的接納能力，降低網絡損耗，提高電能質量。電力電子變壓器具有以下優點：

1、體積小、重量輕，空氣自然冷卻，環境污染小，比傳統變壓器更適于在城市中應用；

2、能同時輸出直流電和交流電，更好地滿足用戶多樣需求；

3、有直流環節，可十分方便地接入光伏、風力等可再生能源及儲能設備，提高可再生能源的利用率和供電可靠性；

4、具有高度的可控性，能實現恒頻、恒壓輸出，有效地解決有大量分布式發電(DG)接變壓器一次側和二次側功率因數可調，可以平滑、快速地調節配電網有功、無功潮流，對穩態和故障時功率平衡需求予以快速補償，有利于提升配電網對能量的主動分配能力和經濟運行水平；

5、兼有斷路器的功能，大功率電力電子器件可以瞬時(微妙級)遮斷系統故障時的大電

6、具有智能功能，不僅可以實現自身的自檢測、自診斷、自保護和自恢復功能，還可以實現聯網通信，與配電網其它設備互動；

7、可靈活實現相數變換和相序變換。

從結構上講，電力電子變壓器主要包括兩個基本要素：電力電子換流器和中/高頻變壓器。電力電子換流器主要包括電力電子器件、控制器、濾波器以及輔助設備，主要實現波形控制功能。中/高頻變壓器的功能是隔離及電壓等級變換，頻率通常工作在千赫茲(kHz)級別，采用中/高頻的目的主要是大幅縮小變壓器的體積、減輕重量，減少散熱以及提高容量與效率等。

電力電子變壓器的具體實現方案分兩種形式：

1、如圖1中所示，無直流環節的電力電子變壓器，也稱為直接AC/AC型電力電子變壓器，電力電子變壓器將輸入的工頻交流在一次側直接變換為高頻交流，經中/高頻變壓器耦合到二次側后，直接還原成工頻交流。在這一變換過程中，一次側的調制和二次側的解調必須同步。無直流環節的電力電子變壓器具有變換環節少、結構簡單等特點，可較大幅度地減少變壓器的體積和重量，并可便捷地實現對變壓器輸出電壓幅值的控制。不足之處是可控性不強，有時難以對電能質量的改善做出貢獻，并且一次側功率因數不可調。

2、如圖2中所示，含直流環節的電力電子變壓器，也稱為AC/DC/AC型電力電子變壓器將輸入的工頻交流經整流器變換成直流，再通過逆變電路調制成為高頻方波后加載至中/高頻變壓器一次側繞組，并耦合到中/高頻變壓器的二次側繞組，隨后，高頻方波被整流成直流電壓，再逆變為所需要的交流輸出。但總體而言，其可控性較強，可保證變壓器一、二次側均有良好的電能質量，但變換過程相對復雜，所需器件數也較多。