[發明專利]基于單相變壓器級聯的三相交流變直流變換器

在審

• 申請號: 202210074908.1
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114553046A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 劉闖;蔡國偉;朱炳達;邵鑫銘;郭東波;裴忠晨;朱帝;劉海洋;楊冬鋒;王汝田
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02M7/68
• 分類號: H02M7/68;H02M1/08;H02M1/12;H02M1/42
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王丹

本發明公開了基于單相變壓器級聯的三相交流變N相交流直接式交交變換器，包括三個單相變壓器，六個級聯直接式AC/AC斬波器及兩個LC濾波器。級聯直接式AC/AC斬波器包括一個或多個直接式AC/AC斬波器。本發明能夠將三相交流輸入電壓變換為直流輸出電壓，并且輸出直流電壓的幅值和極性獨立可控。本發明不含整流環節，擁有更好的輸入電流質量，并且輸入電流的相位是可調的，因此輸入功率因數能夠被控制。此外，本發明可實現能量的雙向流動，能夠將三相系統和直流系統構成互聯。

技術領域

本發明屬于電能變換技術領域，具體涉及基于單相變壓器級聯的三相交流變直流變換器。

背景技術

隨著能源短缺及環境污染程度不斷加劇，新能源發電、電動汽車和家用儲能等低碳技術應運而生，構建以新能源為主體地位的新型電力系統成為當今以及未來社會發展的主流方向。由于分布式能源不斷滲透，電能形式逐漸趨于多樣化，傳統交流配電結構將面臨巨大變革。能源互聯網(energy internet，EI)作為能源體系的新模式，實現了能源與信息的深度融合，被視為未來電力系統的理想模型，因而得到了廣泛的關注。

模塊化多電平變換器(modular multilevel converter，MMC)最早由R.Marquardt教授于2001年提出。它由多個結構相同的子模塊(Sub-module,SM)級聯構成。子模塊的結構可以分為半H橋型、全H橋型和雙箝位型子模塊型三種。MMC已經展現出極其重要的工程應用前景。基于MMC的柔性直流輸電技術已廣泛應用于張北±500kv四端直流電網，昆柳龍±800kv三端直流輸電等多個直流工程，并取得了良好的運行效果。

隨著工程應用的深入，以及大規模新能源尤其是遠海風電經柔直并網需求的提出，MMC換流平臺設備成本高，體積重量大的弊端逐漸凸顯。此外MMC換流平臺還需要高昂的維護成本，控制上的復雜也會導致穩定性和可靠性的下降。因此尋找一種能夠將交流系統和直流系統進行互聯的變換裝置尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供基于單相變壓器級聯的三相交流變直流變換器，該變換器能夠將三相交流輸入電壓變換為兩個直流輸出電壓，并且輸出電壓的幅值和極性均獨立可控。

本發明所采用的技術方案是，基于單相變壓器級聯的三相交流變直流變換器，包括三個單相多繞組變壓器、六個級聯直接式AC/AC斬波器、兩個LC濾波器，三個單相變壓器輸入端分別連接交流輸入電壓U相、V相、W相中的其中一相，每個單相多繞組變壓器多個次級繞組輸出端均等連接兩個級聯直接式AC/AC斬波器輸入端，U相對應的每個級聯直接式AC/AC斬波器輸出正極端口分別連接一個LC濾波器的電感端，U相對應的每個級聯直接式AC/AC斬波器輸出負極端口分別連接一個V相對應的兩個級聯直接式AC/AC斬波器輸出正極端口，V相對應的每個級聯直接式AC/AC斬波器輸出負極端口分別連接一個W相對應的兩個級聯直接式AC/AC斬波器輸出正極端口，W相對應的兩個級聯直接式AC/AC斬波器輸出負極端口分別連接一個LC濾波器的電容端，且兩個LC濾波器的電容端相互連接，兩個LC濾波器的電容與電感連接的節點處分別連接一個直流輸出電壓端口。

本發明的特點還在于：

每個單相變壓器包括一個口字型的鐵芯柱，每個鐵芯柱上纏繞連接一個初級繞組和多個次級繞組，每個初級繞組正極連接交流輸入電壓U相、V相、W相中的其中一相，三個初級繞組星接或角接，多個次級繞組的輸出端平均連接在兩個對應的級聯直接式AC/AC斬波器的輸入端。

每個級聯直接式AC/AC斬波器包括多個直接式AC/AC斬波器，每個直接式AC/AC斬波器輸入端連接一個次級繞組輸出端，多個直接式AC/AC斬波器通過輸出負極連接相鄰直接式AC/AC斬波器輸出正極的方式連接，首端直接式AC/AC斬波器輸出正極作為級聯直接式AC/AC斬波器正極端口，尾端直接式AC/AC斬波器輸出負極作為級聯直接式AC/AC斬波器負極端口。