CN102938303B - 一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，包括辅助绕组，该辅助绕组设置于所述的三相电抗器的铁芯柱上，且该辅助绕组的两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点连接。该辅助绕组可以采用三组分绕组，该三组分绕组可以相互并联或串联设计，也可以只在三相电抗器的中间铁芯柱上设计一组辅助绕组。本发明提出的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，解决了现有技术中采用普通三相三柱电抗器通过零序电流时产生的零序磁势问题，并且相对于单相电抗器，可以提高铁芯柱的材料利用率，节约成本。本发明同时减小网侧滤波电抗器的体积，使得三相四线制变流器的尺寸减小，便于在风力发电机机组塔筒内的安装。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器。
背景技术
目前现有技术中三相四线制变流器的拓扑结构如图1所示，该三相四线制变流器中网侧变流器4输出经滤波电抗器3连接LCL滤波电容2（并网变压器1的漏感相当于一个电感），而滤波电容2与并网变压器1中点、网侧变流器4直流母线支撑电容的中心点O点相连接，网侧变流器4另一侧顺次连接机侧变流器5和发电机6。这种三相四线制变流器的拓扑结构和三相三线制变流器（如图2所示）一同构成现有技术中两种应用最为广泛的并网变流器，三相四线制变流器同三相三线制变流器相比，在防雷、绝缘、机侧du/dt滤波和电压峰值抑制、系统电磁兼容等方面具有较为明显的优势。
但是三相四线制变流器这种拓扑结构由于滤波电容2的中性点和直流母线支撑电容的中心点O点连接而存在高频零序电流，如图1中的虚线所示。如果采用的网侧滤波电抗器3选择普通的三相电抗器，如图3所示，该三相电抗器的上磁轭7和下磁轭8之间的三个铁芯柱9上分别缠绕有主绕组10。零序电流会在滤波电抗器3中产生高频零序磁势，该高频零序磁势使得三相电抗器的两个磁轭位置的合成磁势不等于零，因此高频磁场就会通过铁芯柱外部构成闭合回路，使周围的金属结构件产生涡流而发热甚至烧毁。因此通常三相四线制变流器在设计网侧滤波电抗器时都采用单相电抗器的方式。
三个单相电抗器相对于三相电抗器在铁芯柱材料的利用率、所需的安装空间等方面都存在不足。尤其是当大功率变流器采用并联方式进行扩容时，如图4所示，需要更多的单相电抗器，这对于变流器应用在类似风力发电机组等安装空间有限的场合会带来极大的限制，且不利于产品的成本控制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，解决了现有技术中采用普通三相三柱电抗器通过零序电流时产生的零序磁势问题。并且本发明相对于单相电抗器，可以提高铁芯柱的材料利用率，节约成本。
本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，包括铁芯柱和主绕组，还包括辅助绕组，该辅助绕组设置于铁芯柱上，且该辅助绕组的两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点连接。
进一步地，所述的辅助绕组包括三组分绕组，该三组分绕组分别设置于该三相电抗器的三个铁芯柱上，并且该三个分绕组相互串联后，两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点相连接。所述的三组分绕组的匝数相等，且每组分绕组的匝数为该三相电抗器的主绕组的匝数的1/3倍。
进一步地，所述的辅助绕组包括三组分绕组，该三组分绕组分别设置于该三相电抗器的三个铁芯柱上，并且该三个分绕组相互并联后，两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点相连接。所述的三组分绕组的匝数相等，且每组分绕组的匝数等于该三相电抗器的主绕组的匝数。
进一步地，所述的辅助绕组包括一组分绕组，该分绕组设置于该三相电抗器的三个铁芯柱中任一铁芯柱上。所述的分绕组的匝数等于该三相电抗器主绕组的匝数。
本发明具有的优点在于：
1、本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，解决了现有技术中采用普通三相三柱电抗器通过零序电流时产生的零序磁势问题。
2、本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，相对于单相电抗器，可以提高铁芯柱的材料利用率，节约成本。
3、本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，可以减小网侧滤波电抗器的体积，使得三相四线制变流器的尺寸减小，便于在风力发电机机组塔筒内的安装。
4、本发明提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，MW级三相四线制变流器可以采用三相水冷电抗器，从而使得在近3000台1.5MW 风力发电机组中已成功应用的三相四线制变流器技术可以推广到更高功率等级的风力发电机组中。
附图说明
图1： 现有技术中三相四线制变流器拓扑结构示意图；
图2：现有技术中三相三线制变流器的拓扑结构示意图；
图3：现有技术中三相三柱电抗器的结构示意图；
图4 ：现有技术中大功率变流器的并联拓扑结构示意图；
图5 ：本发明中采用串联设计的辅助绕组的三相电抗器的结构示意图；
图6 ：本发明中采用并联设计的辅助绕组的三相电抗器的结构示意图；
图7 ：本发明中中心铁芯柱设计的辅助绕组的三相电抗器的结构示意图；
图8：采用本发明的增加辅助绕组的三相电抗器后的三相四线制变流器的拓扑结构示意图。
图中：1-并网变压器； 2-滤波电容； 3-滤波电抗器； 4-网侧变流器； 5-机侧变流器；6- 发电机；7-上磁轭；8-下磁轭；9-铁芯柱；10-主绕组; 11-辅助绕组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明为了将三相电抗器应用到三相四线制并网变流器中，本发明提出一种新型的增加辅助绕组的三相电抗器。
本发明的第一实施例提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，如图5所示，具体为：在现有技术中三相三柱电抗器的基础上增加辅助绕组11，该辅助绕组11为三组相同的分绕组并分别布置在三个铁芯柱9上，并且该这三个分绕组采用串联形式，则每个分绕组的匝数为主绕组10的1/3倍，该串联后的三个分绕组的两端分别与滤波电容2的中性点、网侧变流器4的直流母线中性点连接，分绕组中通过零序电流。
本发明的第二实施例提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，如图6所示，在现有技术中三相三柱电抗器的基础上增加辅助绕组11，该辅助绕组11为三组相同的分绕组并分别布置在三个铁芯柱10上，且该三个分绕组采用相互并联形式，每个分绕组匝数与主绕组匝数相同。该并联后的三个分绕组的两端分别与滤波电容2的中性点、网侧变流器4的直流母线中性点连接，分绕组中通过零序电流。
本发明的第三实施例提出一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，如图7所示，在现有技术中三相三柱电抗器的基础上增加辅助绕组11，该辅助绕组11设置于中间铁芯柱9上，两端分别与滤波电容2的中性点、网侧变流器4的直流母线中性点连接。该辅助绕组的匝数与主绕组匝数相同，该辅助绕组11中通过的电流为由滤波电容2的中点引出的中线电流，即零序电流，如图8中的虚线所示。
采用本发明的辅助绕组11后，使三相电抗器的主绕组中零序电流成分合成的零序磁势与辅助绕组11中零序电流产生的零序磁势互相抵消，上下磁轭部分的合成磁势也为零，也就不会对周围的金属产生热效应。
本发明的三个实施例中辅助绕组11的导体面积根据实际系统中测得的中线电流大小以及电抗器的冷却方式综合考虑确定。
本发明提出的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，可以解决普通三相电抗器在三相四线制变流器中的无法应用的问题，有助于提高变流器中磁性元件的利用率，缩小变流器的体积，降低变流器成本。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，包括铁芯柱和主绕组，其特征在于：还包括辅助绕组，该辅助绕组设置于铁芯柱上，且该辅助绕组的两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点连接。
2.根据权利要求1所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的辅助绕组包括三组分绕组，该三组分绕组分别设置于该三相电抗器的三个铁芯柱上，并且该三组分绕组相互串联后，两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点相连接。
3.根据权利要求2所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的三组分绕组的匝数相等，且每组分绕组的匝数为该三相电抗器的主绕组中每相绕组的匝数的1/3倍。
4.根据权利要求1所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的辅助绕组包括三组分绕组，该三组分绕组分别设置于该三相电抗器的三个铁芯柱上，并且该三组分绕组相互并联后，两端分别与滤波电容的中性点、网侧变流器的直流母线中性点相连接。
5.根据权利要求4所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的三组分绕组的匝数相等，且每组分绕组的匝数等于该三相电抗器的主绕组中每相绕组的匝数。
6.根据权利要求1所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的辅助绕组包括一组分绕组，该分绕组设置于该三相电抗器的三个铁芯柱中任一铁芯柱上。
7.根据权利要求6所述的应用于三相四线制并网变流器的三相电抗器，其特征在于：所述的分绕组的匝数等于该三相电抗器的主绕组中每相绕组的匝数。
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