CN104135164A - 交错并联多电平电子电力变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开交错并联多电平电子电力变压器，包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由M个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，所述M≥3且M为3的倍数，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构。本发明解决了现有技术当低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡的问题，无论低压侧出现怎样的不平衡，高压侧始终能够保证功率平衡，电子电力变压器的侧供电系统的相互之间不受影响，保证电力系统运行稳定安全，工作效率高，还消除了由低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡而引起的安全隐患。

Description

交错并联多电平电子电力变压器

技术领域

本发明涉及电力变压器领域，特别是涉及一种采用交错并联技术的级联多电平电子电力变压器。

背景技术

电子电力变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、潮流控制或电能质量调节功能。

然而到目前为止，国内外研究者已提出了多种具体的实现方案。

例如申请号为ZL02139030.4，公告号为CN1402421的中国发明专利“电力电子变压器”公开了一种电力电子变压器，涉及电力系统的电压变换装置，旨在简化回路结构，节省开关器件，解决功率双向流动和低压级均流问题。它包括1-4相，各相独立且结构相同，各依次由高压级、隔离级和低压级三级结构组成，高压级由2~30级相同的功率变换模块串联而成；隔离级包括高频调制/还原部分、高频变压器和还原/高频调制部分；低压级由一个功率变换模块构成，它可以实现功率的双向流动，开关器件数相对于国外方案减少三分之一，成本大为降低，隔离级靠低压级侧只使用了单个功率变换模块，解决了多模块并联带来的均流问题，高压级功率变换模块交流侧并接的串联电容器，可有效起到均压作用。

但是现有技术仍然存在一个共同的问题是：现有技术在工作时，当一次侧供电系统出现不平衡时会传递到二次侧供电系统，影响二次侧供电；而当二次侧供电系统负载出现不平衡时，功率不平衡会传递到一次侧供电系统，影响一次侧供电；这种情况不但影响了电子电力变压器本身的运行，还严重影响了电力系统安全稳定运行，电子电力变压器的工作效率受影响，使得电力系运行统定性差，同时还存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提出一种交错并联多电平电子电力变压器。本发明解决了现有技术当低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡的问题，无论低压侧出现怎样的不平衡，高压侧始终能够保证功率平衡，电子电力变压器的侧供电系统的相互之间不受影响，保证电力系统运行稳定安全，工作效率高，还消除了由低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡而引起的安全隐患。

本发明采用以下技术方案来实现：

交错并联多电平电子电力变压器，其特征在于：包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由M个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，所述M≥3 且M为3的倍数，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构，所述高压级包括PWM整流器，所述PWM整流器与同一相中其它电子电力变压器子单元的PWM整流器级联，每相电子电力变压器子单元的交流输入端串联有电抗器，所述隔离级为带有高频变压器的隔离型DC-DC变换器，所述低压级包括电压源逆变器和输出滤波器，同一相电子电力变压器子单元中的电压源型逆变器相互级联，所述3M个电子电力变压器子单元的高压级级联形成电子电力变压器的高压侧，3M个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧。

所述PWM整流器由单相全桥并联电容构成或半桥并联电容构成。

所述隔离型DC-DC变换器由逆变器、高频变压器和整流器构成，逆变器与高频变压器的原边连接，整流器与中频变压器的副边连接。

所述电压源逆变器由全桥并联电容构成或者半桥并联电容构成。

本发明除具有通常电子电力变压器的优点之外，相对于现有技术，还具有以下优点：

1、本发明解决了现有技术当低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡的问题，无论低压侧出现怎样的不平衡，高压侧始终能够保证功率平衡，电子电力变压器的侧供电系统的相互之间不受影响，保证电力系统运行稳定安全，工作效率高，还消除了由低压侧负载不平衡影响到高压侧功率不平衡而引起的安全隐患。

2、采用本发明的结构，在多电平阶梯波输出在没有滤波器的情况下可使THD(总谐波失真)降至5％以下，功率因素则为99.9％以上，为负载提供高质量电能；

3、本发明采用3M个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧，低压侧采用交错并联技术使得流过逆变器开关管的电流仅仅是输入电流的几分之一，并且可以减小输入电流纹波和降低开关损耗，从而提高了变换器效率。

4、本发明采用交错并联拓扑输出电流的纹波频率高，可以极大地降低滤波器和磁性元件的要求，从而提高了整个交错并联电源系统的功率密度，降低了输出滤波器的容量，从而可以加强系统的瞬态响应特性，提高整个系统的动态响应时间。

5、本发明由于开关损耗以及滤波器损耗的降低，使得本发明工作效率比常规且同等级电子电力变压器的工作效率高。

6、本发明还具有快速的电压、电流调节功能和能改善电能质量的优点。

7、本发明可以实现常规电力变压器的隔离、变压和传递能量等基本功能，能够实现功率双向流动，即功率既可以从高压侧流向低压侧，也可以从低压侧流向高压侧。电子电力变压器原方输入端采用级联方式可以满足高电压等级要求，副方输出端采用交错并联技术可以解决由负载不平衡导致的高压输入端功率不平衡问题，保证了高压侧功率平衡，具有快速的电压、电流调节功能，能改善电能质量；具有一定的潮流控制能力。

附图说明

图1为本发明电子电力变压器子单元结构示意图；

图2为本发明实施例1结构示意图；

图3为本发明实施例2结构示意图。

附图说明：

附图2和3中的A、B和C分别表示高压级三相电能变换单元的第一相、第二相和第三相；a、b和c分别表示低压级三相电能变换单元的第一相、第二相和第三相；N表示高压级三相电能变换单元的中性线；n表示低压级三相电能变换单元的中性线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步的说明：

实施例1：

交错并联多电平电子电力变压器，包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由3个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构，所述高压级包括PWM整流器，所述PWM整流器与同一相中其它电子电力变压器子单元的PWM整流器级联，每相电子电力变压器子单元的交流输入端串联有电抗器，所述隔离级为带有高频变压器的隔离型DC-DC变换器构成；所述低压级包括电压源逆变器和输出滤波器，同一相电子电力变压器子单元中的电压源型逆变器相互级联，所述9个电子电力变压器子单元的高压级级联形成电子电力变压器的高压侧，9个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧。

本发明中，所述PWM整流器由单相全桥并联电容构成。

本发明中，所述隔离型DC-DC变换器由逆变器、高频变压器和整流器构成，逆变器与高频变压器的原边连接，整流器与中频变压器的副边连接。

本发明中，所述电压源逆变器由全桥并联电容构成。

实施例2：

交错并联多电平电子电力变压器，包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由6个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构，所述高压级包括PWM整流器，所述PWM整流器与同一相中其它电子电力变压器子单元的PWM整流器级联，每相电子电力变压器子单元的交流输入端串联有电抗器，所述隔离级为带有高频变压器的隔离型DC-DC变换器构成；所述低压级包括电压源逆变器和输出滤波器，同一相电子电力变压器子单元中的电压源型逆变器相互级联，所述18个电子电力变压器子单元的高压级级联形成电子电力变压器的高压侧，18个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧。

本发明中，所述PWM整流器由单相全桥并联电容构成。

本发明中，所述隔离型DC-DC变换器由逆变器、高频变压器和整流器构成，逆变器与高频变压器的原边连接，整流器与中频变压器的副边连接。

本发明中，所述电压源逆变器由全桥并联电容构成。

实施例3：

交错并联多电平电子电力变压器，包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由9个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构，所述高压级包括PWM整流器，所述PWM整流器与同一相中其它电子电力变压器子单元的PWM整流器级联，每相电子电力变压器子单元的交流输入端串联有电抗器，所述隔离级为带有高频变压器的隔离型DC-DC变换器构成；所述低压级包括电压源逆变器和输出滤波器，同一相电子电力变压器子单元中的电压源型逆变器相互级联，所述27个电子电力变压器子单元的高压级级联形成电子电力变压器的高压侧，27个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧。

本发明中，所述PWM整流器由单相全桥并联电容构成。

本发明中，所述隔离型DC-DC变换器由逆变器、高频变压器和整流器构成，逆变器与高频变压器的原边连接，整流器与中频变压器的副边连接。

本发明中，所述电压源逆变器由全桥并联电容构成。

实施例1-3分别采用9、18或27个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧，低压侧采用交错并联技术使得流过逆变器开关管的电流仅仅是输入电流的几分之一，并且可以减小输入电流纹波和降低开关损耗，从而提高了变换器效率。

Claims (4)

1.交错并联多电平电子电力变压器，其特征在于：包括相同结构的三相电能变换单元，每相电能变换单元由M个相同结构的电子电力变压器子单元级联而成，所述M≥3 且M为3的倍数，每个电子电力变压器子单元包括高压级、隔离级和低压级串接形成三级结构，所述高压级包括PWM整流器，所述PWM整流器与同一相中其它电子电力变压器子单元的PWM整流器级联，每相电子电力变压器子单元的交流输入端串联有电抗器，所述隔离级为带有高频变压器的隔离型DC-DC变换器，所述低压级包括电压源逆变器和输出滤波器，同一相电子电力变压器子单元中的电压源型逆变器相互级联，所述3M个电子电力变压器子单元的高压级级联形成电子电力变压器的高压侧，3M个电子电力变压器子单元的低压级交错并联形成电子电力变压器的低压侧。

2.根据权利要求1所述的交错并联多电平电子电力变压器，其特征在于：所述PWM整流器由单相全桥并联电容构成或半桥并联电容构成。

3.根据权利要求1所述的交错并联多电平电子电力变压器，其特征在于：所述隔离型DC-DC变换器由逆变器、高频变压器和整流器构成，逆变器与高频变压器的原边连接，整流器与中频变压器的副边连接。

4.根据权利要求1所述的交错并联多电平电子电力变压器，其特征在于：所述电压源逆变器由全桥并联电容构成或者半桥并联电容构成。