CN107395025A - 电力转换系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种用于电力转换的电力转换系统。该电力转换系统包括多个电力转换器和移相变压器。移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群。次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对多个电力转换器馈电的n个次级绕组。次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移。

Description

电力转换系统
技术领域
本文公开的主题涉及电力转换系统。
发明内容
公开了一种电力转换系统。该电力转换系统包括多个电力转换器和移相变压器。移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群。次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对多个电力转换器馈电的n个次级绕组。在m个次级绕组群中的每个中，次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中δ＝60°/n。次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移。多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中k是不为m的倍数的任何整数。变压器初级侧输入中的谐波消除模式是具有6×m×n脉冲的形式。
附图说明
为了容易理解本发明的实施方式的优点，将通过参考在附图中示出的具体实施方式来呈现上面简要描述的实施方式的更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了一些实施方式，并且因此不被认为是对范围的限制，将通过使用附图、利用附加特征和细节来描述和说明实施方式，其中：
图1A是根据实施方式的电力转换系统的示意性框图；
图1B是根据替选实施方式的电力转换系统的示意性框图；
图1C是根据实施方式的次级绕组群的示意性框图；
图1D是根据实施方式的虚拟次级绕组群的示意性框图；
图1E是根据实施方式的次级绕组群的示意性框图；
图2A是根据实施方式的级联H桥电力转换器的示意图；
图2B是根据实施方式的级联中性点钳位电力转换器的示意图；
图3是根据实施方式的虚拟次级绕组群的次级绕组相位的表；
图4是根据实施方式的虚拟次级绕组群组织的表；
图5A是根据现有技术的次级绕组组织的表；
图5B是根据实施方式的次级绕组组织的表；
图5C是根据现有技术的参考初级绕组的次级绕组谐波电流的表；
图5D是根据实施方式的参考初级绕组的次级绕组谐波电流的表；
图5E是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图；
图5F是根据实施方式的电力转换器电流的曲线图；
图5G是根据现有技术的电力转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；
图5H是根据实施方式的电力转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；
图5I是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图；
图5J是根据实施方式的电力转换器电流的曲线图；
图5K是根据现有技术的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；以及
图5L是根据实施方式的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图。
具体实施方式
贯穿本说明书对“一个实施方式”、“实施方式”或类似的语言的提及意指结合该实施方式所描述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，除非另外明确地指出，否则贯穿本说明书，词组“在一个实施方式中”、“在实施方式中”以及类似的语言的出现可以但不一定都指代同一实施方式，而是意指“一个或更多个但并非所有的实施方式”。除非另外明确地指出，否则术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型意指“包括但不限于”。除非另外明确地指出，否则所列举的一系列项并不暗示任何项或所有项均是相互排斥的和/或相互包含的。除非另外明确地指出，否则术语“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”还指代“一个或更多个”。
附图中的示意性流程图和/或示意性框图示出了可能的实现方式的架构、功能和操作。还应注意，在一些替选实现方式中，框中标注的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块事实上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。尽管在流程图和/或框图中可以采用各种箭头类型和线类型，但是它们被理解为不限制相应实施方式的范围。实际上，一些箭头或其他连接符可以用于仅指示所描绘的实施方式的示例性逻辑流程。
对每个图中的元件的描述可以适用于后续图的元件。在所有图中，相同的附图标记指代相同的元件，包括相同元件的替选实施方式。
中压(MV)驱动器通常用于为广泛的应用提供可变转矩。MV驱动器可以从交流(AC)电力创建用于驱动器拓扑的多个直流(DC)源。MV驱动器可以包括移相变压器，该移相变压器采用被组织为多脉冲转换器的大量次级绕组以消除线电流中的特定谐波。不幸的是，移相变压器不能消除由转换器产生的所有谐波电流，并且仍可能将一些谐波引入线电流中。
本文描述的实施方式通过选择针对次级绕组的减小谐波的相位角集合来创建驱动器拓扑所需的、具有线电流中的改进的谐波频谱的DC源。因此，电力转换系统可以提供具有减小的谐波和增加的电力转换器脉冲数的DC源。
图1A是根据一个实施方式的电力转换系统100的示意性框图。电力转换系统100可以包括移相变压器110和多个电力转换器120。移相变压器110可以包括三相电力输入130、三相初级绕组111、芯112以及多个m个次级绕组群113。次级绕组群113中的每个可以包括与相应的初级绕组111电磁通信并且向多个电力转换器120馈送电力转换器输入125的n个次级绕组114。变压器初级侧输入可以是初级绕组111和/或电力输入130。
每个电力转换器120可以选自级联H桥电力转换器120和级联中性点钳位电力转换器120。在图2A和2B中对电力转换器120进行更详细的描述。
图1B是根据替选实施方式的电力转换系统100的示意性框图。在所示的实施方式中，电力转换系统100包括多个m个移相变压器116。每个移相变压器可以包括初级绕组111、芯112以及至少一个次级绕组群113。
次级绕组群113中的每个可以包括与相应的初级绕组111电磁通信并且向多个电力转换器120馈送电力转换器输入125的多个n个次级绕组114。
图1C是次级绕组群113的示意性框图。虽然在所示的实施方式中示出了三个次级绕组群113，但是可以采用任何数量的次级绕组群113。在次级绕组群113中的每个中的相应次级绕组114的次级绕组相位260之间存在群相移(GPS)270。在一个实施方式中，使用式1来计算GPS 270，其中k是不为次级绕组群113的数量(m)的倍数的任何整数，并且δ是次级绕组群113中的次级绕组相移265。
GPS＝kδ/m式1
次级绕组群113中的次级绕组114的次级绕组相位260的次级绕组相移265的相位角集合δ280a-280c可以使用式2来计算，其中n是次级绕组群113中的次级绕组114的数量。
δ＝60°/n式2
相位角集合280a-280c可以在针对由每个次级绕组群113馈电的转换器120的初级侧线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式。传统上，GPS 270为零，因此针对所有电力转换器120的初级绕组电流中的总谐波消除模式被限制为6×n脉冲。然而，在实施方式中，如稍后将描述的，通过引入非零的GPS 270，初级侧线电流中的谐波消除模式的总脉冲数会增加。
在一个实施方式中，对于图1A的电力转换系统100，次级绕组群113的数量m为3。不同次级绕组群113之间的GPS 270可以是±δ/3或±2δ/3中之一。GPS 270可以包括选自角度+δ/3和-δ/3、+δ/3和+2δ/3以及-δ/3和-2δ/3的组合。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为1。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-20°)、(α0+0°)和(α0+20°)，其中，α0是任意偏移角。表1示出了针对n＝1的相位角集合280的一个实施方式。
表1
次级绕组 1
群A α0-20°
群B α0+0°
群C α0+20°
另外，变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有18脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有6脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为2。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-25°，α0+5°)、(α0-15°，α0+15°)和(α0-5°，α0+25°)。表2示出了针对n＝2的相位角集合280的一个实施方式。
群的顺序和次级绕组群113中的次级绕组序列的顺序可以是任意的。例如，在表2中，群A、群B或群C可以采用三行中的任何角度集合，只要每个群具有唯一的相位角集合280即可，并且群A中的绕组1或绕组2可以采用被分配给群A的相位角集合280的角度中的任一个，只要每个次级绕组114具有唯一的相位角260即可。
表2
次级绕组 1 2
群A α0-25° α0+5°
群B α0-15° α0+15°
群C α0-5° α0+25°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有36脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有12脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为3。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-26.67°，α0-6.67°，α0+13.33°)、(α0-20°，α0+0°，α0+20°)和(α0-13.33°，α0+6.67°，α0+26.67°)。表3示出了针对n＝3的相位角集合280的一个实施方式。
表3
次级绕组 1 2 3
群A α0-26.67° α0-6.67° α0+13.33°
群B α0-20° α0+0° α0+20°
群C α0-13.33° α0+6.67° α0+26.67°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有54脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有18脉冲的形式。
在某个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为4。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-25°，α0-10°，α0+5°，α0+20°)、(α0-20°，α0-5°，α0+10°，α0+25°)和(α0-15°，α0，α0+15°，
α0+30°)。表4示出了针对n＝4的相位角集合280的一个实施方式。
表4
次级绕组 1 2 3 4
群A α0-25° α0-10° α0+5° α0+20°
群B α0-20° α0-5° α0+10° α0+25°
群C α0-15° α0 α0+15° α0+30°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有72脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有24脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为5。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-28°，α0-16°，α0-4°,α0+8°，α0+20°)、(α0-24°，α0-12°，α0+0°，α0+12°，α0+24°)和(α0-20°，
α0-8°，α0+4°，α0+16°，α0+28°)。表5示出了针对n＝5的相位角集合280的一个实施方式。
表5
次级绕组 1 2 3 4 5
群A α0-28° α0-16° α0-4° α0+8° α0+20°
群B α0-24° α0-12° α0+0° α0+12° α0+24°
群C α0-20° α0-8° α0+4° α0+16° α0+28°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有90脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有30脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为6。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-26.67°，α0-16.67°，α0-6.67°，α0+3.33°，α0+13.33°,α0+23.33°)、(α0-30°，α0-20°，α0-10°，α0+0°，α0+10°，α0+20°)和(α0-23.33°，α0-13.33°，α0-3.33°，α0+6.67°，α0+16.67°，α0+26.67°)。表6示出了针对n＝6的相位角集合280的一个实施方式。
表6
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有108脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有36脉冲的形式。
在某个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为7。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-22.86°，α0-14.29°，α0-5.71°，α0+2.86°，α0+11.43°，α0+20°，α0+28.57°)、(α0-25.71°，α0-17.14°，α0-8.57°，α0+0°，α0+8.57°，α0+17.14°，α0+25.71°)和(α0-28.57°，α0-20°，α0-11.43°，α0-2.86°，α0+5.71°，α0+14.29°，α0+22.86°)。表7示出了针对n＝7的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0。
表7
次级绕组 1 2 3 4 5 6 7
群A -22.86° -14.29° -5.71° +2.86° +11.43° +20° +28.57°
群B -25.71° -17.14° -8.57° 0° +8.57° +17.14° +25.71°
群C -28.57° -20° -11.43° -2.86° +5.71° +14.29° +22.86°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有126脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有42脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为8。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-27.5°，α0-20°，α0-12.5°，α0-5°，α0+2.5°，α0+10°，α0+17.5°，α0+25°)、(α0-30°，α0-22.5°，α0-15°，α0-7.5°，α0+0°，α0+7.5°，α0+15°，α0+22.5°)和(α0-25°，α0-17.5°，α0-10°，α0-2.5°，α0+5°，α0+12.5°，α0+20°，α0+27.5°)。表8示出了针对n＝8的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0。
表8
次级绕组 1 2 3 4 5 6 7 8
群A -27.5° -20° -12.5° -5° +2.5° +10° +17.5° +25°
群B -30° -22.5° -15° -7.5° 0° +7.5° +15° +22.5°
群C -25° -17.5° -10° -2.5° +5° +12.5° +20° +27.5°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有144脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有48脉冲的形式。
在某个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为9。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-26.67°，α0-20°，α0-13.33°，α0-6.67°，α0+0°，α0+6.67°，α0+13.33°，α0+20°，α0+26.67°)、(α0-28.89°，α0-22.22°，α0-15.56°，α0-8.89°，α0-2.22°，α0+4.44°，α0+11.11°，α0+17.78°，α0+24.44°)和(α0-24.44°，α0-17.78°，α0-11.11°，α0-4.44°，α0+2.22°，α0+8.89°，α0+15.56°，α0+22.22°，α0+28.89°)。表9示出了针对n＝9的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0并且表格单元数值以度为单位。
表9
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有162脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有54脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为10。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-28°，α0-22°，α0-16°，α0-10°，α0-4°，α0+2°，α0+8°，α0+14°，α0+20°，α0+26°)、(α0-30°，α0-24°，α0-18°，α0-12°，α0-6°，α0+0°，α0+6°，α0+12°，α0+18°，α0+24°)和(α0-26°，α0-20°，α0-14°，α0-8°，α0-2°，α0+4°，α0+10°，α0+16°，α0+22°，α0+28°)。表10示出了针对n＝10的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0并且表格单元数值以度为单位。
表10
次级绕组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
群A -28 -22 -16 -10 -4 2 8 14 20 26
群B -30 -24 -18 -12 -6 0 6 12 18 24
群C -26 -20 -14 -8 -2 4 10 16 22 28
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有180脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有60脉冲的形式。
在某个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为11。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-27.27°，α0-21.82°，α0-16.36°，α0-10.91°，α0-5.45°，α0+0°，α0+5.45°，α0+10.91°，α0+16.36°，α0+21.82°，α0+27.27°)、(α0-29.09°，α0-23.64°，α0-18.18°，α0-12.73°，α0-7.27°，α0-1.82°，α0+3.64°，α0+9.09°，α0+14.55°，α0+20°，α0+25.45°)和(α0-25.45°，α0-20°，α0-14.55°，α0-9.09°，α0-3.64°，α0+1.82°，α0+7.27°，α0+12.73°，α0+18.18°，α0+23.64°，α0+29.09°)。表11A至表11B示出了针对n＝11的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0并且表格单元数值以度为单位。
表11A
次级绕组 1 2 3 4 5 6
群A -27.27 -21.82 -16.36 -10.91 -5.45 0
群B -29.09 -23.64 -18.18 -12.73 -7.27 -1.82
群C -25.45 -20 -14.55 -9.09 -3.64 1.82
表11B
次级绕组 7 8 9 10 11
群A 5.45 10.91 16.36 21.82 27.27
群B 3.64 9.09 14.55 20 25.45
群C 7.27 12.73 18.18 23.64 29.09
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有198脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有66脉冲的形式。
在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为12。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-26.67°，α0-21.67°，α0-16.67°，α0-11.67°，α0-6.67°，α0-1.67°，α0+3.33°，α0+8.33°，α0+13.33°，α0+18.33°，α0+23.33°，α0+28.33°)、(α0-28.33°，α0-23.33°，α0-18.33°，α0-13.33°，α0-8.33°，α0-3.33°，α0+1.67°，α0+6.67°，α0+11.67°，α0+16.67°，α0+21.67°，α0+26.67°)和(α0-25°，α0-20°，α0-15°，α0-10°，α0-5°，α0+0°，α0+5°，α0+10°，α0+15°，α0+20°，α0+25°，α0+30°)。表12A至表12B示出了针对n＝12的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0并且表格单元数值以度为单位。
表12A
次级绕组 1 2 3 4 5 6
群A -26.67 -21.67 -16.67 -11.67 -6.67 -1.67
群B -28.33 -23.33 -18.33 -13.33 -8.33 -3.33
群C -25 -20 -15 -10 -5 0
表12B
次级绕组 7 8 9 10 11 12
群A 3.33 8.33 13.33 18.33 23.33 28.33
群B 1.67 6.67 11.67 16.67 21.67 26.67
群C 5 10 15 20 25 30
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有216脉冲的形式。每个次级绕组群113中的谐波消除模式可以具有72脉冲的形式。
在一个实施方式中，次级绕组114的m个次级绕组群113被划分并构建在针对图1B的电力转换系统100的m个变压器116中。在m个变压器116中的每个的次级绕组114中，次级绕组114的相位角集合280可以被选择成使次级绕组相位260彼此移位次级绕组相移δ265，以在每个移相变压器116的初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式。次级绕组相移δ265可以使用式2来计算，其中n是每个变压器116的次级绕组114的数量。
m个变压器116的次级绕组群113的相位角集合280可以都不相同，任意两个变压器116的相应次级绕组114之间存在非零GPS 270。GPS 270可以使用式1来计算，其中k是不为m的倍数的任何整数并且m是移相变压器116和次级绕组群113的数量。在变压器116的公共耦合点(PCC)处的谐波消除模式可以是6×m×n脉冲。
在一个实施方式中，图1B的m个移相变压器116的初级绕组111全部具有相同的初级相位角。如式3所示地那样计算GPS 270，其中k是整数并且m是移相变压器116或次级绕组群113的数量。
GPS＝kδ/m 式3
在一个实施方式中，m个移相变压器的初级绕组111的相位彼此之间相移相移角kδ/m。所有次级绕组114可以具有对应于次级绕组114的数量n的表1至表12B的相移角集合。
图1D是根据实施方式的、其中次级绕组被分成m＝2个虚拟组117a-117b的示意性框图。在所描绘的实施方式中，图1A至图1B的次级绕组114被区分为多个n个次级绕组118/119，多个n个次级绕组118/119被组织成具有下文将描述的相位角移位260的布置的两个虚拟次级绕组群117中之一。
图1E是示出根据实施方式的、使用两个虚拟次级绕组群117a-117b的次级绕组118/119来形成针对三相电力转换系统100的三个次级绕组群113a-113c的模式的示意性框图。在所描绘的实施方式中，图1D的两个虚拟次级绕组群117a-117b的多个n个次级绕组118/119被组织为三个次级绕组群113a-113c。实施方式可以利用次级绕组118/119的其它分布来实现为次级绕组群113。
次级绕组118/119的相位角集合280可以被选择成使次级绕组相位260相对于每个其他的次级绕组相位260移位次级绕组相移角δ265，以在每个虚拟次级绕组群117中形成6×n脉冲谐波消除模式。次级绕组相移角δ265可以使用式4来计算，其中m是包括原始次级绕组114的次级绕组群113的数量，并且n是次级绕组群113中的次级绕组114的数量。
δ＝60°/(0.5m×n) 式4
虚拟次级绕组群117a-117b的相位角集合280可以移位kδ/2，其中k为任何整数。在一个实施方式中，虚拟次级绕组群113的数量m为2并且数量k等于奇数。变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有18×n脉冲的形式。
可替选地，虚拟次级绕组群113的数量m可以为2并且数量k等于偶数。变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有9×n脉冲的形式。
在某个实施方式中，数量k等于零并且两个虚拟次级绕组群117具有相同的相移角集合。变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以具有9×n脉冲的形式。
在一个实施方式中，三个次级绕组群113中的每个中的次级绕组114的数量n为4。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-25°，α0-5°，α0+5°，α0+25°)、(α0-15°，α0-5°，α0+15°，α0+25°)和(α0-25°，α0-15°，α0+5°，α0+15°)，其中α0是任意偏移角。表13示出了针对n＝4的相位角集合280的一个实施方式。
表13
次级绕组 1 2 3 4
群A α0-25° α0-5° α0+5° α0+25°
群B α0-15° α0-5° α0+15° α0+25°
群C α0-25° α0-15° α0+5° α0+15°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以是36脉冲。三个次级绕组群113中的每个的谐波消除可以是至少12脉冲。
在某个实施方式中，三个次级绕组群113中的每个中的次级绕组114的数量n为6。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-26.67°，α0-13.33°，α0-6.67°，α0+6.67°，α0+13.33°，α0+26.67)、(α0-20°，α0-13.33°，α0+0°，α0+6.67°，α0+20°，α0+26.67)和(α0-26.67°，α0-20°，α0-6.67°，α0+0°，α0+13.33°，α0+20)。表14示出了针对n＝6的相位角集合280的一个实施方式。
表14
次级绕组 1 2 3 4 5 6
群A α0-26.67° α0-13.33° α0-6.67° α0+6.67° α0+13.33° α0+26.67°
群B α0-20° α0-13.33° α0+0° α0+6.67° α0+20° α0+26.67°
群C α0-26.67° α0-20° α0-6.67° α0+0° α0+13.33° α0+20°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以是54脉冲。三个次级绕组群113中的每个的谐波消除可以是至少18脉冲。
在一个实施方式中，三个次级绕组群113中的每个中的次级绕组114的数量n为8，并且三个次级绕组群113的相位角集合280是(α0+30°，α0+20°，α0+15°，α0+5°，α0+0°，α0-10°，α0-15°，α0-25°)、(α0+30°，α0+25°，α0+15°，α0+10°，α0+0°，α0-5°，α0-15°，α0-20°)和(α0+25°，α0+20°，α0+10°，α0+5°，α0-5°，α0-10°，α0-20°，α0-25°)。表15示出了针对n＝8的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0。
表15
次级绕组 1 2 3 4 5 6 7 8
群A +30° +20° +15° +5° 0° -10° -15° -25°
群B +30° +25° +15° +10° 0° -5° -15° -20°
群C +25° +20° +10° +5° -5° -10° -20° -25°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以是72脉冲。三个次级绕组群113中的每个的谐波消除可以是至少24脉冲。
在某个实施方式中，三个次级绕组群113中的每个中的次级绕组114的数量n为10。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0+28°，α0+20°，α0+16°，α0+8°，α0+4°，α0-4°，α0-8°，α0-16°，α0-20°，α0-28°)、(α0+28°，α0+24°，α0+16°，α0+12°，α0+4°，α0+0°，α0-8°，α0-12°，α0-20°，α0-24°)和(α0+24°，α0+20°，α0+12°，α0+8°，α0+0°，α0-4°，α0-12°，α0-16°，α0-24°，α0-28°)。表16示出了针对n＝10的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0。
表16
次级绕组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
群A +28° +20° +16° +8° +4° -4° -8° -16° -20° -28°
群B +28° +24° +16° +12° +4° 0° -8° -12° -20° -24°
群C +24° +20° +12° +8° 0° -4° -12° -16° -24° -28°
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以是90脉冲。三个次级绕组群113中的每个的谐波消除可以是至少30脉冲。
在一个实施方式中，三个次级绕组群113中的每个中的次级绕组114的数量n为12。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0+28.33°，α0+21.67°，α0+18.33°，α0+11.67°，α0+8.33°，α0+1.67°，α0-1.67°，α0-8.33°，α0-11.67°，α0-18.33°，α0-21.67°，α0-28.33°)、(α0+28.33°，α0+25°，α0+18.33°，α0+15°，α0+8.33°，α0+5°，α0-1.67°，α0-5°，α0-11.67°，α0-15°，α0-21.67°，α0-25°)和(α0+25°，α0+21.67°，α0+15°，α0+11.67°，α0+5°，α0+1.67°，α0-5°，α0-8.33°，α0-15°，α0-18.33°，α0-25°，α0-28.33°)。表17A至表17B示出了针对n＝12的相位角集合280的一个实施方式，其中向每个表格单元添加α0并且每个值以度为单位。
表17A
次级绕组 1 2 3 4 5 6
群A 28.33 21.67 18.33 11.67 8.33 1.67
群B 28.33 25 18.33 15 8.33 5
群C 25 21.67 15 11.67 5 1.67
表17B
次级绕组 7 8 9 10 11 12
群A -1.67 -8.33 -11.67 -18.33 -21.67 -28.33
群B -1.67 -5 -11.67 -15 -21.67 -25
群C -5 -8.33 -15 -18.33 -25 -28.33
变压器初级侧输入处的谐波消除模式可以是108脉冲。三个次级绕组群113中的每个的谐波消除可以是至少36脉冲。
图2A是根据实施方式的级联H桥电力转换器120a的示意图。在所描绘的实施方式中，级联H桥(CHB)电力转换器120a包括如图1A至图1B所示的来自次级绕组114的电力转换器输入125、整流器205、电容器225、一个或更多个开关215、控制器250以及DC输出230/235。每个开关215可以包括晶体管245和二极管240。控制器250可以对开关215进行激活和去激活以产生具有可变幅度和频率的AC输出230/235。
每个电力转换器120a可以包括旁路控制器210。旁路控制器210可以使输出230/235短路。至少两个旁路控制器210可以响应于第一电力转换器120的故障而使至少两个电力转换器120的输出短路。
图2B是根据实施方式的级联中性点钳位(NPC)电力转换器120b的示意图。在所描绘的实施方式中，级联NPC电力转换器120b包括电力转换器输入125、一个或更多个整流器205、一个或更多个电容器225、一个或更多个二极管220、控制器250、一个或更多个开关215以及AC输出230/235。控制器250可以对开关215进行激活和去激活以从具有可变幅度和频率的AC电流产生AC输出230/235。每个电力转换器120b可以包括旁路控制器210。旁路控制器210可以使AC输出230/235短路。
基于级联H桥的电力转换器120a和基于级联NPC桥的电力转换器120b被示出为示例性电力转换器120。可以采用其他电力转换器架构。
图3是根据实施方式的用于虚拟次级绕组群117的通用次级绕组相位260的表。针对n个次级绕组114的次级绕组相位260被示出作为次级绕组相移δ265的函数。每个单元值与相应的虚拟次级绕组群117a-117b和次级绕组114-1:114-n的次级绕组相位260对应，其中γ是GPS 270。
图4是根据实施方式的虚拟次级绕组群组织的表。示出了来自两个虚拟次级绕组群117a-117b的n个次级绕组114在A-B-C三个次级绕组群113中的分布。例如，第一虚拟次级绕组群117a的第一次级绕组114-1可以被分配给由“A”指定的次级绕组群113，其他次级绕组114如所示的那样被分配给由“B”和“C”指定的次级绕组群113。实施方式可以利用次级绕组114的其他分布来实现。
图5A是根据现有技术的示例性次级绕组组织的表。示出了针对具有三个次级绕组群113并且每个次级绕组群113包括四个次级绕组114的现有技术的电力转换系统的次级绕组相位260，该电力转换系统在下文中称为现有技术的电力转换系统A。下文将示出针对现有技术的电力转换系统A的仿真结果。
图5B是根据实施方式的示例性次级绕组组织的表。示出了针对图1A的电力转换系统100的次级绕组相位260，该电力转换系统100在下文中称为电力转换系统A’。电力转换系统A’包括三个次级绕组群113，每个次级绕组群113包括四个次级绕组114。下文将示出针对电力转换系统A’的仿真结果。
图5C是根据图5A的、针对现有技术的电力转换系统A的、谐波阶数h＝1-73的变压器初级侧输入中所参考的次级绕组谐波电流的相位角和归一化频谱的表。行1-12 330示出了参考初级绕组111的每个次级绕组114的谐波电流的相位角。行13-15 320示出了组113a-113c的各个参考谐波电流的矢量和。行16 335是来自三个组113a-113c的所有参考谐波的矢量和。行16 335还是现有技术的电力转换系统A的输入线电流130的频谱。这些和被归一化到来自单个次级绕组114的参考电流的频谱。如图所示，初级绕组111的电流130和次级绕组群113a-113c中的每个的电流的23次和25次谐波没有被消除。这是现有技术的传统的24脉冲谐波消除模式。
图5D是根据图5B的、针对根据实施方式的电力转换系统A’的、在初级侧中参考的次级绕组谐波电流的相位角和归一化频谱的表。行1-12 330示出了参考初级绕组111的每个次级绕组114的谐波电流的相位角。行13-15 320示出了针对群113a-113c的各个参考谐波电流的矢量和。行16335是来自三个群113a-113c的所有参考谐波的矢量和。行16 335还是示例性电力转换系统A’的输入线电流130的频谱。这些和被归一化到来自单个次级绕组114的参考电流的频谱。如图所示，次级绕组群113a-113c中的每个的电流的23次和25次谐波没有被消除，导致24脉冲消除模式。然而，与示例性现有技术的电力转换系统A中的24脉冲消除模式相比，在初级绕组111的电流130中从5次到67次的所有谐波都被消除，留下的71次和73次是未消除的最低次谐波，这是72脉冲谐波消除。
图5E至图5H是电力转换系统100上加载100％负载时的仿真结果。图5E是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图。该曲线图示出了针对示例性现有技术的电力转换系统A的仿真的电力转换器输入电流305以及次级绕组群113的参考电流310的总和。转换器输入电流305包括由于未消除的23次谐波和25次谐波而引起的明显的纹波。
图5F是根据实施方式的示例性电力转换系统A’的电力转换器电流的曲线图。该曲线图示出了仿真的转换器输入电流305以及次级绕组群的参考电流310的总和。由于如图5D所示的初级中的72脉冲消除模式，所以转换器输入电流305中的纹波相对于现有技术的电力转换系统A显著减小。
图5G是根据现有技术的电力转换系统A的初级绕组电流频谱的曲线图。主要谐波290是23次和25次。
图5H是根据示例性实施方式的电力转换系统A’的初级绕组电流频谱的曲线图。主要谐波290是71次和73次。如图5D所示，其他低阶谐波基本上被消除。此外，与现有技术的23次谐波和25次谐波的幅值相比，71次谐波和73次谐波的幅值显著更低。
图5I-5L是电力转换系统100上加载50-60％负载时的仿真结果。图5I是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图。该曲线图示出了现有技术的电力转换系统A的转换器输入电流305以及针对次级绕组群113a-113c中的每个的参考电流的总和。转换器输入电流305包括由于未消除的23次谐波和25次谐波而引起的明显的纹波。
图5J是根据实施方式的电力转换器电流的曲线图。该曲线图示出了电力转换系统A’的初级电流305以及针对次级绕组群113a-113c中的每个的参考电流的总和。由于如图5D所示的72脉冲谐波消除模式，所以电力转换系统输入电流305中的纹波相对于图5I的现有技术的电力转换系统A显著减小。
图5K是在50-60％负载时现有技术的电力转换系统A的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图。主要谐波290是23次和25次。
图5L是在50-60％负载时根据示例性实施方式的电力转换系统A’的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图。主要谐波290是71次和73次。如图5D所示，其他低阶谐波基本上被消除。此外，与图5K的现有技术中的23次谐波和25谐波的幅值相比，71次谐波和73次谐波的幅值显著更低。
通过选择针对具有多个次级绕组移相变压器的转换器系统的实施方式的相位角集合280，与现有技术相比能够显著改善转换器输入电流中或PCC处的电流中的谐波消除模式。实施方式还可以用于利用较少数量的变压器次级绕组和电力转换器单元来实现相同或更好的谐波消除模式。
该描述使用示例来公开本发明并且还使得本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定并且可以包括本领域的技术人员所想到的其他示例。如果其他示例具有与权利要求的书面语言无差异的结构元素或者如果这些其他示例包括与权利要求的书面语言无实质性差异的等同结构元素，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种电力转换系统，包括：
多个电力转换器；
移相变压器，所述移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群，其中，所述次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对所述多个电力转换器馈电的n个次级绕组，以及其中，在m个次级绕组群中的每个中，所述次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中，δ＝60°/n，以及其中，所述次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移，所述多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中，k是不为m的倍数的任何整数，并且变压器初级侧输入中的谐波消除模式具有6×m×n脉冲的形式。
2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，次级绕组群的数量m是3，不同次级绕组群之间的群相移是±δ/3或±2δ/3中之一，并且次级绕组相移包括选自+δ/3和-δ/3、+δ/3和+2δ/3以及-δ/3和-2δ/3的组合。
3.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是1，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-20°)、(α0+0°)和(α0+20°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有18脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有6脉冲的形式。
4.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是2，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-25°，α0+5°)、(α0-15°,α0+15°)和(α0-5°,α0+25°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有36脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有12脉冲的形式。
5.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是3，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-6.67°，α0+13.33°)、(α0-20°，α0+0°，α0+20°)和(α0-13.33°,α0+6.67°,α0+26.67°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有54脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有18脉冲的形式。
6.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是4，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-25°，α0-10°，α0+5°，α0+20°)、(α0-20°，α0-5°，α0+10°，α0+25°)和(α0-15°,α0,α0+15°,α0+30°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有72脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有24脉冲的形式。
7.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是5，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-28°，α0-16°，α0-4°，α0+8°,α0+20°)、(α0-24°，α0-12°，α0+0°，α0+12°，α0+24°)和(α0-20°，α0-8°，α0+4°，α0+16°，α0+28°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有90脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有30脉冲的形式。
8.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是6，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-16.67°，α0-6.67°，α0+3.33°，α0+13.33°，α0+23.33°)、(α0-30°，α0-20°，α0-10°，α0+0°，α0+10°，α0+20°)和(α0-23.33°，α0-13.33°，α0-3.33°，α0+6.67°，α0+16.67°，α0+26.67°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有108脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有36脉冲的形式。
9.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是7，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-22.86°，α0-14.29°，α0-5.71°，α0+2.86°，α0+11.43°，α0+20°，α0+28.57°)、(α0-25.71°，α0-17.14°，α0-8.57°,α0+0°，α0+8.57°，α0+17.14°，α0+25.71°)，(α0-28.57°，α0-20°，α0-11.43°，α0-2.86°，α0+5.71°，α0+14.29°，α0+22.86°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有126脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有42脉冲的形式。
10.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是8，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-27.5°，α0-20°，α0-12.5°，α0-5°，α0+2.5°，α0+10°，α0+17.5°，α0+25°)、(α0-30°，α0-22.5°，α0-15°，α0-7.5°，α0+0°，α0+7.5°，α0+15°，α0+22.5°)和(α0-25°，α0-17.5°，α0-10°，α0-2.5°，α0+5°，α0+12.5°，α0+20°，α0+27.5°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有144脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有48脉冲的形式。
11.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是9，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-20°，α0-13.33°，α0-6.67，α0+0°，α0+6.67°，α0+13.33°，α0+20°，α0+26.67°)、(α0-28.89°，α0-22.22°，α0-15.56°，α0-8.89°，α0-2.22°，α0+4.44°，α0+11.11°，α0+17.78°，α0+24.44°)和(α0-24.44°，α0-17.78°，α0-11.11°，α0-4.44°，α0+2.22°，α0+8.89°，α0+15.56°，α0+22.22°，α0+28.89°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有162脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有54脉冲的形式。
12.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，每个电力转换器选自级联H桥电力转换器和级联中性点钳位电力转换器。
13.一种电力转换系统，包括：
多个电力转换器；
移相变压器，所述移相变压器包括：三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群，其中，所述次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对所述多个电力转换器馈电的多个n个次级绕组，以及其中，所述多个n个次级绕组中的每个被组织为两个虚拟次级绕组群中之一，所述次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在每个虚拟次级绕组群中形成3m×n脉冲谐波消除模式，其中，δ＝60°/(0.5m×n)，以及其中，所述虚拟次级绕组群的相位角集合移位kδ/2，其中，k是任何整数。
14.根据权利要求13所述的电力转换系统，其中，次级绕组群的数量m是3，数值k等于奇数，变压器初级侧输入处的谐波消除模式是18×n脉冲，并且对于所述m＝3个次级绕组群中的每个，所述谐波消除模式具有6×n脉冲的形式。
15.根据权利要求13所述的电力转换系统，其中，次级绕组群的所述数量m是3，数值k等于偶数，变压器初级侧输入处的谐波消除模式是9×n脉冲，并且对于所述m＝3个次级绕组群中的每个，所述谐波消除模式具有至少3×n脉冲的形式。
16.根据权利要求15所述的电力转换系统，其中，数值k＝0，并且所述两个虚拟次级绕组群具有相同的相移角集合，其中，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式是9×n脉冲，对于所述m＝3个次级绕组群中的每个，所述谐波消除模式具有至少3×n脉冲的形式。
17.根据权利要求16所述的电力转换系统，其中，所述3个次级绕组群中的每个中的次级绕组的数量n是4，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-25°，α0-5°，α0+°5，α0+25°)、(α0-15°，α0-5°，α0+15°，α0+25°)和(α0-25°，α0-15°，α0+5°，α0+15°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式是36脉冲，并且所述3个次级绕组群中的每个的谐波消除是至少12脉冲。
18.根据权利要求16所述的电力转换系统，其中，所述3个次级绕组群中的每个中的次级绕组的数量n是6，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-13.33°，α0-6.67°，α0+6.67°,α0+13.33°，α0+26.67)、(α0-20°，α0-13.33°，α0+0°，α0+6.67°，α0+20°，α0+26.67)和(α0-26.67°，α0-20°，α0-6.67°，α0+0°，α0+13.33°，α0+20°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式是54脉冲，并且所述3个次级绕组群中的每个的谐波消除是至少18脉冲。
19.根据权利要求16所述的电力转换系统，其中，所述3个次级绕组群中的每个中的次级绕组的数量n是8，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0+30°，α0+20°，α0+15°，α0+5°，α0+0°，α0-10°，α0-15°，α0-25°)、(α0+30°，α0+25°，α0+15°，α0+10°，α0+0°，α0-5°，α0-15°，α0-20°)和(α0+25°，α0+20°，α0+10°，α0+5°，α0-5°，α0-10°，α0-20°，α0-25°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式是72脉冲，并且所述3个次级绕组群中的每个的谐波消除是至少24脉冲。
20.一种电力转换系统，包括：
多个电力转换器；
多个m个移相变压器，每个移相变压器包括：初级绕组、芯以及次级绕组群，其中，所述次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对所述多个电力转换器馈电的多个n个次级绕组，以及其中，在所述m个次级绕组群中的每个中，所述次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在每个移相变压器的初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中，δ＝60°/n，以及其中，所述次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移，所述多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中，k是不为m的倍数的任何整数，并且在公共耦合点处的谐波消除模式具有6×m×n脉冲的形式。
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