CN106803719B - 无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器 - Google Patents

无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，属于电气自动化设备技术领域。包括一台单相八绕组变压器、第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂，每组换流桥臂由两台换流桥臂组成。本发明的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器利用隔离变压器的绕组漏抗充当模块化多电平换流器的桥臂电抗器，从而减小高压模块化多电平隔离型直流变压器的占地面积，同时降低高压模块化多电平隔离型直流变压器的成本和损耗。

Description

无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器
技术领域
本发明涉及一种无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，属于电气自动化设备技术领域。
背景技术
模块化多电平换流器(MMC换流器)在实现多电平逆变输出时，可输出单个直流电源，因而可应用于高压隔离型直流变压器等领域。基于模块化多电平换流器的隔离型直流变压器的一侧一般采用四个换流桥臂，换流桥臂一般采用基于半桥逆变器的换流模块或基于全桥逆变器(又称H桥逆变器)的换流模块串联而成，每个桥臂都有一个连接电抗器，这四台电抗器带来较大的占地面积、成本及损耗。由于隔离型直流变压器需要一台隔离变压器实现两侧直流的隔离，因此可以考虑利用该隔离变压器的漏抗充当桥臂电抗器，从而降低高压模块化多电平隔离型直流变压器的占地面积、成本和损耗。
发明内容
本发明的目的是提出一种无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，以克服现有技术之不足，利用隔离变压器的绕组漏抗充当模块化多电平换流器的桥臂电抗器，从而减小高压模块化多电平隔离型直流变压器的占地面积，同时降低高压模块化多电平隔离型直流变压器的成本和损耗。
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，包括一台单相八绕组变压器TR、第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂，所述的第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂分别由两台换流桥臂组成；第一组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流正极端DC1+，第一组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的同名端U1和第二个原边绕组的非同名端U2，单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的非同名端和第二个原边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器的原边公共端N1；第二组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流负极端DC1-，第二组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的同名端U3和第四个原边绕组的非同名端U4，单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的非同名端和第四个原边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的原边公共端N1；第三组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流正极端DC2+，第三组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的同名端V1和第二个副边绕组的非同名端V2，单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的非同名端和第二个副边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器TR的副边公共端N2；第四组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流负极端DC2-，第四组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的同名端V3和第四个副边绕组的非同名端V4，单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的非同名端和第四个副边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的副边公共端N2。
上述无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器中，每台换流桥臂由多个换流模块采用串联连接而成，串联连接的多个换流模块形成换流桥臂的正极端和负极端。
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，其优点是：本发明利用隔离变压器的绕组漏抗充当模块化多电平换流器的桥臂电抗器，从而减小高压模块化多电平隔离型直流变压器的占地面积，同时降低高压模块化多电平隔离型直流变压器的成本和损耗。
附图说明
图1为本发明的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器的电路原理图。
图2为图1所示的隔离型直流变压器中换流桥臂的电路原理图。
图3为本发明无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器的一个实施例。
具体实施方式
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，如图1所示，包括一台单相八绕组变压器TR、第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂，所述的第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂分别由两台换流桥臂组成，每台换流桥臂由多个换流模块采用串联连接而成，串联连接的多个换流模块形成换流桥臂的正极端和负极端，如图2所示。第一组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流正极端DC1+，第一组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的同名端U1和第二个原边绕组的非同名端U2，单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的非同名端和第二个原边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器的原边公共端N1；第二组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流负极端DC1-，第二组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的同名端U3和第四个原边绕组的非同名端U4，单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的非同名端和第四个原边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的原边公共端N1；第三组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流正极端DC2+，第三组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的同名端V1和第二个副边绕组的非同名端V2，单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的非同名端和第二个副边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器TR的副边公共端N2；第四组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流负极端DC2-，第四组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的同名端V3和第四个副边绕组的非同名端V4，单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的非同名端和第四个副边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的副边公共端N2。
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器中，图2所示的组成换流桥臂的换流模块，可采用常规的基于H桥逆变器的功率模块，其两个交流输出端分别作为换流模块的正极和负极输出端；也可以采用常规的基于半桥逆变器的功率模块，的其一个交流输出端作为换流模块的正极输出端，其直流负端作为换流模块的负极输出端。
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，如图1所示，其工作原理是：换流桥臂可以输出可控的交流电压源和直流电压源，隔离型直流变压器的输入侧四个换流桥臂形成总的直流电压源DC1+/DC1-，同时上下各两个换流桥臂分别均分总的直流输入侧电流，上下各两个桥臂产生的交流电压源分别和单相八绕组变压器原边第一/二绕组及第三/四的交流电压源的差值经过原边绕组的漏抗产生交流电流，从而将总的输入侧直流电源产生的有功功率转换成变压器的交流有功功率。虽然四个桥臂的直流电流都流过了单相变压器的四个原边绕组，但由于直流电流在四个原边绕组中产生的磁通相互抵消，因而不会导致变压器铁芯产生直流磁场偏置。隔离型直流变压器的输出侧四个换流桥臂的工作原理与原边四个换流桥臂的工作原理相同。虽然直流电流流过隔离变压器的原副边绕组使得原副边绕组总的电流有效值增大，但导致的变压器成本增加不多。
本发明提出的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，其中的单相八绕组变压器TR也可以采用三相四绕组变压器(每个绕组包含三相绕组)，采用三相四绕组变压器的变形的直流变压器，其电路原理图如图3所示，每组换流桥臂由三台换流桥臂组成，这三台换流桥臂输出的交流电压相位相差120度。
本发明的无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器的关键是将连接变压器的原副边绕组分成独立绕组分别连接到上下换流桥臂，并利用变压器漏抗充当了换流桥臂电抗器，而这个变化不影响模块化多电平换流器的基本特性。输入侧和输出侧的换流器可以采用其他变形的换流模块拓扑，变压器绕组接线形式也可以实现其他变换，变压器也可采用多台变压器且原副边绕组采用串联或并联的接线方式。任何基于本发明电路所作的等效变换电路，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器，其特征在于，包括一台单相八绕组变压器TR、第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂，所述的第一组换流桥臂、第二组换流桥臂、第三组换流桥臂和第四组换流桥臂分别由两台换流桥臂组成；第一组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流正极端DC1+，第一组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的同名端U1和第二个原边绕组的非同名端U2，单相八绕组变压器TR的第一个原边绕组的非同名端和第二个原边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器的原边公共端N1；第二组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输入侧的直流负极端DC1-，第二组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的同名端U3和第四个原边绕组的非同名端U4，单相八绕组变压器TR的第三个原边绕组的非同名端和第四个原边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的原边公共端N1；第三组两台换流桥臂的两个正极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流正极端DC2+，第三组两台换流桥臂的两个负极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的同名端V1和第二个副边绕组的非同名端V2，单相八绕组变压器TR的第一个副边绕组的非同名端和第二个副边绕组的同名端连接到一起作为单相八绕组变压器TR的副边公共端N2；第四组两台换流桥臂的两个负极端连接到一起作为无桥臂电抗器的高压模块化多电平隔离型直流变压器输出侧的直流负极端DC2-，第四组两台换流桥臂的两个正极端分别连接到单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的同名端V3和第四个副边绕组的非同名端V4，单相八绕组变压器TR的第三个副边绕组的非同名端和第四个副边绕组的同名端连接到一起并连接到单相八绕组变压器TR的副边公共端N2；
其中所述的换流桥臂由多个换流模块采用串联连接而成，串联连接的多个换流模块形成换流桥臂的正极端和负极端；
所述换流桥臂输出可控的交流电压源和直流电压源，隔离型直流变压器的输入侧四台换流桥臂形成总的直流电压源DC1+/DC1-，同时上下各两台换流桥臂分别均分总的直流输入侧电流，上下各两台桥臂产生的交流电压源分别和单相八绕组变压器的第一个原边绕组、第二个原边绕组及第三个原边绕组和第四个原边绕组的交流电压源的差值经过原边绕组的漏抗产生交流电流，将总的输入侧直流电源产生的有功功率转换成变压器的交流有功功率。
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