[實(shí)用新型]一種無變壓器隔離的新型中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202021679384.1
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN212850283U
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聰;程紅;趙志浩;李瑤璞;陶艷梅;于龍飛;袁巍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): H02M5/44
• 分類號(hào): H02M5/44;H02M5/458;H02P27/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實(shí)用新型一種無變壓器隔離的新型中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，屬于中高壓變頻調(diào)速技術(shù)及其控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，該方案取消了傳統(tǒng)中高壓變頻器使用的工頻變壓器和基于無工頻變壓器級(jí)聯(lián)式多電平變換器的新一代中高壓變頻器中的高頻隔離DC/DC變換環(huán)節(jié)，方案中每一相級(jí)聯(lián)整流器構(gòu)成一對(duì)公共的中高壓直流母線，可以與二極管箝位型或電容箝位型逆變電路直接相連；并且變頻器本身不需要電氣隔離，通過使用交流電機(jī)的三相定子繞組實(shí)現(xiàn)三相逆變器之間的電氣隔離，極大減小了變頻器的體積、重量，大大降低了中高壓變頻器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜度，以及運(yùn)行過程損耗和硬件成本，同時(shí)也極大提高了系統(tǒng)可靠性和整體效率，特別適用于中高壓大功率變頻調(diào)速領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于中高壓變頻調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無隔離變壓器的大功率級(jí)聯(lián)式多電平變換器與交流電機(jī)有機(jī)融合構(gòu)成的一種新型中高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，“多電平功率變換器”(Multilevel Converter)在中高電壓大功率變頻調(diào)速、有源電力濾波、高壓直流(HVDC)輸電和電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域已得到越來越多的成功應(yīng)用。多電平變換器的基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大致可分為箝位型和單元級(jí)聯(lián)型兩大類，例如，目前在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的由西門子公司或ABB公司生產(chǎn)的二極管箝位型三電平中高壓變頻器，以及由羅賓康公司或利德華福公司生產(chǎn)的級(jí)聯(lián)H橋中高壓變頻器就是這兩類產(chǎn)品的典型代表。在這兩類中高壓變頻器中，無論哪一類，為了應(yīng)用低耐壓的電力電子器件完成高電壓的功率變換，均需在整流輸入側(cè)使用體積龐大、接線復(fù)雜、價(jià)格昂貴的工頻移相變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這使其在許多工業(yè)場合的應(yīng)用受到限制。

無工頻變壓器級(jí)聯(lián)式多電平變換器，近年來在電力電子技術(shù)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是新一代中高壓變頻器的實(shí)現(xiàn)方案。此類變換器用高頻變壓器取代傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)式變換器中的工頻移相變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，當(dāng)用于雙向功率傳輸時(shí)，中間級(jí)采用高頻隔離雙向DC/DC變換器雙向傳輸能量。兩側(cè)或者高壓側(cè)采用級(jí)聯(lián)全控H橋多電平功率變換器結(jié)構(gòu)。當(dāng)用于單向功率傳輸時(shí)，中間級(jí)采用高頻隔離單向DC/DC變換器傳輸能量，整流側(cè)采用單向級(jí)聯(lián)式多電平功率變換器結(jié)構(gòu)(包括：級(jí)聯(lián)二極管+Boost 整流電路，級(jí)聯(lián)無橋整流電路，級(jí)聯(lián)VIENNA整流電路等)，逆變側(cè)采用級(jí)聯(lián)多電平功率變換器結(jié)構(gòu) (鉗位型或單元級(jí)聯(lián)型)。與傳統(tǒng)中高壓變頻器相比較，此類新一代中高壓變頻器的實(shí)現(xiàn)方案可有效減小系統(tǒng)體積、重量和制造成本。然而，此類變換器也有著明顯的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：采用高頻隔離變壓器構(gòu)成的DC/DC變換級(jí)使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程損耗增大，這個(gè)環(huán)節(jié)的存在是阻礙整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步降低成本，提高效率，減小體積重量，提高可靠性的關(guān)鍵因素。顯然，在此類新一代中高壓變頻器中取消高頻隔離DC/DC變換環(huán)節(jié)將會(huì)給此類變換器在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用帶來極大的益處。然而此類新一代中高壓變頻器之所以必須采用高頻隔離DC/DC變換環(huán)節(jié)，是因?yàn)椋?)每一相N個(gè)級(jí)聯(lián)模塊會(huì)產(chǎn)生N組直流輸出端，且這N組直流輸出端無法直接串聯(lián)聯(lián)接構(gòu)成一對(duì)公共直流輸出母線，但是箝位型逆變電路無論是二極管箝位型還是電容箝位型均需要由一個(gè)公共的直流母線供電，因此這 N組直流輸出端無法與箝位型逆變電路直接相連，而由N個(gè)H橋電路構(gòu)成的級(jí)聯(lián)逆變電路則需要N 個(gè)隔離獨(dú)立的直流電源供電，而這N組直流輸出端并不是隔離獨(dú)立的N組直流電源，因此也不能與級(jí)聯(lián)H橋逆變電路直接相連，否則會(huì)造成電路多處短路；2)三相級(jí)聯(lián)整流器也不存在公共直流輸出母線，如果沒有高頻隔離DC/DC變換環(huán)節(jié)，級(jí)聯(lián)的三相逆變器與星接或角接的交流電機(jī)定子繞組直接相連，同樣會(huì)造成系統(tǒng)多處短路。使整個(gè)系統(tǒng)無法正常工作。

另外在由一個(gè)獨(dú)立直流電源供電的箝位型逆變電路中，相比于電容箝位型電路，二極管箝位型多電平逆變電路由于不需要使用很多的電容器，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，控制方便而在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是二極管箝位型多電平逆變電路由于輸入側(cè)電容電壓的均衡控制靠自身很難實(shí)現(xiàn)，理論證明，不采用特殊的控制策略，二極管箝位型多電平逆變電路由于輸入側(cè)電容電壓失衡，最終會(huì)退化為三電平逆變電路，這也是為什么目前只有二極管箝位三電平逆變電路在工業(yè)中得到成功應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容