[實用新型]雙向五電平直流變換電路及包含該電路的發電機勵磁系統

有效

• 申請號: 201721075694.0
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN207117500U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 吳跨宇;吳龍;韓兵;施一峰;張建承;盧岑岑;熊鴻韜;沈軼君;房樂;盧嘉華;趙一琰
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力公司電力科學研究院;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02P9/30;H02P9/12
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙)33206
• 代理人: 張建青

技術領域

本實用新型屬于電氣工程技術領域，特別是一種應用于發電機勵磁系統的雙向五電平直流變換電路及包含該電路的發電機勵磁系統。

背景技術

隨著特高壓直流、柔性直流的大量投運和新能源發電高滲透率趨勢的迅猛發展，電力電子化電力系統在超低頻功率振蕩、次同步振蕩、毫秒級無功電壓支撐等電磁/機電混合領域的運行風險增加。勵磁系統是同步發電機的重要組成部分，對電力系統的安全穩定運行有重要影響，充分利用勵磁系統調控能力是提高電力系統穩定性最經濟有效的手段之一。

基于半控器件晶閘管（SCR）整流的常規勵磁系統，受限于其控制速度慢、且僅可以控制器件開通無法控制關斷，已難以適應電力電子化電網的運行需求。IGBT等全控器件可以同時控制開通和關斷，因此，其控制響應速度和控制靈活性有明顯優勢。目前，已有國內外學者提出將IGBT等全控器件構成的整流電路和斬波電路應用于發電機勵磁系統，實現全控型勵磁系統，在提供同步發電機直流勵磁電流的同時，其交流側可以控制無功電流分量，可以快速控制向同步發電機端注入或吸收無功。交流側無功的毫秒級直接支撐能力可以顯著提升機組的無功電壓控制性能和響應速度，并為寬頻帶低頻功率振蕩、次同步振蕩的抑制技術提供手段。

目前，全控勵磁系統拓撲結構有電壓源型和電流源型之分。由于儲能大電感的成本、體積和重量以及控制較復雜等原因，電流源型全控勵磁系統的研究較少。在電壓源型全控勵磁回路，為實現勵磁系統零起升流、能量交流回饋等要求，以三相全控整流和DC-DC斬波回路組合的拓撲結構為主。其中，DC-DC斬波回路以H橋或者H橋并聯結構為主，能夠輸出前端直流電壓E、0和直流電壓-E三電平電壓，單個開關管動作對應兩端電壓的變化幅值為直流電壓E。由于回路中的開關管在實際中并非理想器件，使用中開通和截止過程存在電流和電壓波形交疊，產生功率器件的開關損耗，該損耗隨動作時對應兩端電壓的變化量升高而增加，會使得整體系統效率下降；同時，更高的電壓變化率也會帶來更嚴重的電磁干擾問題；在直流輸出側，較大的輸出電壓電平變化也影響輸出電壓質量，使得電壓紋波增加，共模電壓更高，對電機軸電流和絕緣產生更大危害。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種應用于發電機勵磁系統的雙向五電平直流變換電路，實現五電平直流斬波勵磁電壓輸出、勵磁功率雙向流動，以此減小開關管損耗，提高全控型勵磁系統效率，還能實現勵磁電流的雙向輸出，以實現五電平直流變換電路的四象限運行控制。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：雙向五電平直流變換電路，其包括直流電源提供電路、第一電容器C1、第二電容器C2和五電平直流斬波電路；

所述五電平直流斬波電路包括第一開關管V1、第二開關管V2、第三開關管V3、第四開關管V4、第五開關管V5、第六開關管V6、第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3、第四二極管VD4、第五二極管VD5、第六二極管VD6、第七二極管VD7和第八二極管VD8；

所述第一電容器C1和第二電容器C2串聯后并聯于直流電源提供電路的兩端，直流電源提供電路的兩端分別為正電壓端P和負電壓端N，兩電容器之間的連接點為中間電壓端M；

所述第一開關管V1的一端連接正電壓端P，另一端連接勵磁輸出第一端；所述第二開關管V2的一端連接正電壓端P，另一端連接勵磁輸出第二端；所述第三開關管V3的一端連接負電壓端N，另一端連接勵磁輸出第一端；所述第四開關管V4的一端連接負電壓端N，另一端連接勵磁輸出第二端；所述第五開關管V5與第七二極管VD7串聯，該串聯支路的一端連接中間電壓端M，另一端連接勵磁輸出第一端；所述第六開關管V6與第八二極管VD8串聯，該串聯支路的一端連接中間電壓端M，另一端連接勵磁輸出第二端；

所述第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3、第四二極管VD4、第五二極管VD5、第六二極管VD6分別反向并聯于第一開關管V1、第二開關管V2、第三開關管V3、第四開關管V4、第五開關管V5、第六開關管V6的兩端。

作為上述技術方案的補充，所述第一開關管V1、第二開關管V2、第三開關管V3、第四開關管V4、第五開關管V5和第六開關管V6均采用IGBT全控器件。

作為上述技術方案的補充，所述第一開關管V1的集電極連接正電壓端P，發射極連接勵磁輸出第一端；

所述第二開關管V2的集電極連接正電壓端P，發射極連接勵磁輸出第二端；

所述第三開關管V3的發射極連接負電壓端N，集電極連接勵磁輸出第一端；