[發(fā)明專利]一種混合多端口電力電子功率調(diào)節(jié)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810110195.3
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN108347051A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬伏軍;汪鑫;朱真;賀芊芊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/38;H02M7/797
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);王娟

本發(fā)明公開了一種混合多端口電力電子功率調(diào)節(jié)器，由高壓級(jí)、隔離級(jí)和低壓級(jí)三級(jí)結(jié)構(gòu)組成；高壓級(jí)通過級(jí)聯(lián)多電平電路結(jié)構(gòu)接入牽引供電網(wǎng)，隔離級(jí)電路包括高頻逆變電路、三繞組高頻變壓器和整流電路部分，低壓級(jí)包括直流母線和連接直流母線與新能源的端口。本發(fā)明通過多組三繞組變壓器連接電力電子功率調(diào)節(jié)器和新能源，實(shí)現(xiàn)機(jī)車負(fù)荷和新能源發(fā)電系統(tǒng)的互補(bǔ)和互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)新能源輸出功率的就地消納和平衡，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能源利用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子功率調(diào)節(jié)器，特別是一種適用于新能源接入的混合多端口電力電子功率調(diào)節(jié)器。

背景技術(shù)

隨著電氣化鐵路朝著高速、大功率的發(fā)展，其電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題變得越來越至關(guān)重要。高速鐵路牽引供電系統(tǒng)由于采用單相供電方式，產(chǎn)生負(fù)序電流，給電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電和變電設(shè)備的運(yùn)行帶來嚴(yán)重危害，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。另外，高速鐵路電力機(jī)車產(chǎn)生的諧波也降低了其供電系統(tǒng)和上級(jí)電力系統(tǒng)的可靠性。因此，必須采取有效措施抑制高速鐵路供電系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)序、無功和諧波電流。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外廣泛采用了SVC，STACOM或者APF等電力系統(tǒng)補(bǔ)償裝置，將其安裝在牽引變壓器的三相側(cè)或者牽引側(cè)，對(duì)高速鐵路牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行無功和諧波補(bǔ)償，減小負(fù)序和提高功率因數(shù)。目前也有通過在牽引側(cè)安裝電力電子功率調(diào)節(jié)器裝置，鐵路電力電子功率調(diào)節(jié)器的獨(dú)特之處在于補(bǔ)償無功的同時(shí)可直接實(shí)現(xiàn)有功功率的轉(zhuǎn)移，并具備有源濾波的功能，功能更為強(qiáng)大。尤其是高速鐵路電力機(jī)車大多是交流傳動(dòng)、PWM整流方式，單純SVC對(duì)平衡系統(tǒng)電壓、抑制電壓波動(dòng)效果有限；相比STATCOM，由于鐵路電力電子功率調(diào)節(jié)器連接于牽引供電臂側(cè)，連接電壓相對(duì)較低，所需的降壓變壓器耐壓等級(jí)也較低。

傳統(tǒng)鐵路電力電子功率調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)可以等效為背靠背結(jié)構(gòu)的兩個(gè)電壓源型逆變器，直流側(cè)并聯(lián)一個(gè)大電容，交流側(cè)分接于變電所兩相供電臂，通過直流側(cè)的大電容存儲(chǔ)釋放能量實(shí)現(xiàn)兩側(cè)功率的轉(zhuǎn)移來治理電能質(zhì)量問題。但是傳統(tǒng)鐵路功率調(diào)節(jié)器存在如下問題：

（1）直流側(cè)只能通過直流側(cè)電容實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移，直流側(cè)電容限制功率轉(zhuǎn)移的程度，也就限制了功率調(diào)節(jié)器的工作能力。

（2）直流側(cè)電容電壓的穩(wěn)定是系統(tǒng)正常工作的前提，但是電容電壓只能通過兩個(gè)電壓型逆變器相應(yīng)的控制策略中加入電壓外環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電容電壓穩(wěn)定，所以電容電壓的穩(wěn)定直接影響系統(tǒng)是否能夠正常工作。

（3）傳統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)器，采用模塊化背靠背多并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊采用一個(gè)中間采用一個(gè)直流電容，沒有形成統(tǒng)一的直流母線，不適合大規(guī)模光伏、風(fēng)電等新能源系統(tǒng)接入，新能源發(fā)電外送困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種混合多端口電力電子功率調(diào)節(jié)器，提高鐵路功率調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)鐵路牽引網(wǎng)和微電網(wǎng)系統(tǒng)的相互支撐，提高新能源的能源利用率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混合多端口電力電子功率調(diào)節(jié)器，包括依次連接的高壓級(jí)、隔離級(jí)和低壓級(jí)；所述高壓級(jí)通過級(jí)聯(lián)多電平電路結(jié)構(gòu)接入高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的兩相牽引供電臂；所述隔離級(jí)包括依次連接的高頻逆變電路、三繞組高頻變壓器和整流電路；所述高頻逆變電路的直流接口與所述高壓級(jí)連接；所述低壓級(jí)包括直流母線；所述直流母線與所述整流電路、連接端口連接；所述連接端口接外部新能源模塊。

所述高壓級(jí)兩相結(jié)構(gòu)相同，每一相包括N個(gè)級(jí)聯(lián)的第一功率變換模塊；所述第一功率變換模塊的交流端口與牽引供電系統(tǒng)中的一相牽引供電臂連接。