[發明專利]可變速抽水蓄能發電系統的高頻隔離級聯交流勵磁裝置

有效

• 申請號: 201510516093.8
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105186954B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 周宏林;代同振;吳小田;吳建東;唐健
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H02P9/14
• 分類號: H02P9/14;H02P101/10
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙)51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明涉及抽水蓄能發電領域，特別涉及一種可變速抽水蓄能發電系統的高頻隔離級聯交流勵磁裝置。

背景技術

抽水蓄能電站具有啟動快、運行靈活的特點，在系統中可承擔填谷、調峰、調頻、調相和緊急備用等任務。傳統的電動－發電機組采用直流勵磁的傳統同步發電機，調速比較困難且運行特性差，此外這類機組作電動狀態運行時，起動比較困難。而采用交流勵磁裝置供電的交流勵磁發電機取代傳統的電動－發電機組，即可有效解決傳統抽水蓄能機組所存在的調速或水輪發電機的變速運行等問題。

運行于可變速抽蓄電站的交流勵磁發電機轉子側額定電壓一般在幾千伏左右等級，交流勵磁裝置并網端一般通過降壓變壓器接入定子端，降壓變壓器副邊電壓一般也接近交流勵磁發電機轉子側額定電壓等級。目前，國內外許多公司都推出各自的交流勵磁裝置，這些產品采用不同的整流器和逆變器而組成不同的拓撲結構設計和控制方案。比較典型的是采用IGCT和IEGT等高壓全控型開關器件，雖然可以減小器件的用量，但是成本昂貴，且器件受制于少數外企，電壓等級的擴展也受限。

級聯H橋拓撲技術可以用傳統的低壓開關器件滿足高壓場合的應用需求，目前廣泛應用于高壓同步電機或鼠籠感應電機變頻調速場合。傳統級聯H橋拓撲中，多采用特殊的多繞組工頻變壓器以實現母線隔離及環流擬制，但是大容量的多繞組工頻變壓器成本較高、體積龐大，是這種方案的不足。另外，傳統變頻調速應用場合一般要求能量單向流動，即實現電機拖動，不能實現能量的回饋，從而決定了目前的級聯H橋拓撲在并網端多采用不控整流的拓撲結構。而給交流勵磁發電機供電的交流勵磁裝置，必須要求能量的雙向流動，故需要提出新的基于高頻隔離級聯式交流勵磁裝置，以滿足可變速抽水蓄能交流勵磁發電機的勵磁需求。

現有相關專利有專利申請號為：CN201410471319.2，申請日為：2014-9-16，名稱為“發電機三相交流勵磁系統的拓撲結構及裝置”的發明專利，以及專利申請號為 CN201410472111.2，申請日為：2006-10-26，名稱為“三級式無刷起動/發電機交、直流混合勵磁系統的拓撲結構及裝置”的發明專利。

上述專利雖然從電網側看是一種交流勵磁裝置，但它們都是用于傳統的轉子直流勵磁同步發電機組。盡管采用了勵磁機與副勵磁機，但從發電機組側來看，其本質上還是一種直流勵磁裝置。

發明內容

本發明將提供一種可變速抽水蓄能發電系統的高頻隔離級聯交流勵磁裝置，在避免使用高耐壓半導體開關器件的情況下實現交流勵磁變流器輸出電壓等級的提升，既滿足交流勵磁變流器雙向能量流動的要求，又省去了體積龐大的多繞組工頻變壓器。

為實現上述技術效果，本發明技術方案如下：

一種可變速抽水蓄能發電系統的高頻隔離級聯交流勵磁裝置，其特征在于：包括轉子側并網開關模塊、變壓器模塊和三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊；所述轉子側并網開關模塊與變壓器模塊相連，所述變壓器模塊與三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊相連。

所述轉子側并網開關模塊包含一組三相輸入側端子和一組三相輸出側端子；

所述變壓器模塊包括一個原邊繞組以及一個副邊繞組；

所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊分為結構完全相同的A相，B相和C相；

所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的A相包含一個輸入端子，一個輸入中性點端子、一個輸出端子以及一個輸出中性點端子；所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的B相和C相均與A相結構相同；

所述轉子側并網開關模塊的三相輸入側端子與三相電網相連，三相輸出側端子與所述變壓器模塊的原邊繞組相連；

所述變壓器模塊原邊繞組與所述轉子側并網開關模塊相連，變壓器模塊副邊繞組的A相端子與所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的A相的輸入端子相連；變壓器模塊副邊繞組的B相端子與所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的B相的輸入端子相連；變壓器模塊副邊繞組的C相端子與所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的C相的輸入端子相連。

所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的A相、B相和C相的輸入中性點端子連接到一起，形成中性點N₂。

所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的A相的輸出端子連接至交流勵磁電機轉子A相繞組，所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的B相輸出端子連接至交流勵磁電機轉子B相繞組，所述三相級聯式隔離雙背靠背H橋模塊的C相輸出端子連接至交流勵磁電機轉子C相繞組。