CN108054928A - 基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置 - Google Patents

基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，包括移相整流变压器、AC/DC/AC模组单元以及输出变压器，所述的AC/DC/AC模组单元采用多个交错并联连接的AC/DC/AC模组，所述的移相整流变压器的每个输出绕组对应一组AC/DC/AC模组，每个AC/DC/AC模组采用交错载波的方式并联接到输出变压器。通过上述方式，本发明不但解决了船舶利用清洁高效岸电的问题，同时提高了系统电能的转换效率，采用模块化设计，功率密度更高可维护性更强，无需庞大的输出滤波器，采用冗余设计大大提高了系统的供电可靠性，具有很强的适应性和经济便捷性，具有显著的经济和社会效益。

Description

基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置的领域，尤其涉及一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，应用于港口岸电领域的供电电源。
背景技术
近年来，美国、欧洲包括中国等国家对节能减排、环境保护工作重视程度提高。靠港的船舶使用岸上电源系统供电，可作为减少港口环境污染问题的一项重要技术，在美国已有港口强制使用，当前靠港的船舶主要是利用自身携带的燃油机来提供发电电源，对港口空气和水域造成污染，对船舶本身与周边居民也会产生噪声污染。
岸电电源就是用于解决船舶靠港采用岸电进行供电，解决上述问题，同时为船舶也带来燃油成本的降低，具有环境和成本的双重效益。现有技术中，根据不同的船舶对电源的要求有三种配置，6.6kV/50Hz、6kV/60Hz，480V/60Hz。相应的岸电技术也建立在这三种电压等级之上，大致分为低压变流型岸电装置和高压变流型岸电装置。低压型，通过降压变压器将高压电降压到功率半导体可承受电压范围，采用AC/DC/AC的方式改变频率和相位，然后通过输出滤波器可直接对低压型船舶供电，增加升压变压器可对中压型船舶供电。高压型，通过级联直挂变频电源进行AC/DC/AC变换，再通过降压变压器对船舶供电，两种拓扑结构都需要输入输出滤波器，且谐波含量较高，对岸电电网和船舶电气系统产生污染，甚至损坏电气设备，且滤波器尺寸较大且笨重。
无论低压技术方案还是高压技术方案，受局限于开关器件的开关频率限制和效率的限制，变频器整流和逆变产生的谐波对电网的电能质量和船舶电器的寿命产生不利影响。另外，滤波器尺寸较大，由于谐波造成的高频损耗效率大大降低，缺乏经济性和环境友好，无冗余设计，系统可靠性低。
高压技术方案采用电网侧直挂的技术方案，采用移相整流变整流，船用逆变侧采用级联的方式输出变频电压，无论高压、低压船舶均需要隔离变压器降压，系统结构较复杂，因为单元的级联串联，系统可靠性下降。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，解决了岸电电源的体积和经济性与可靠性问题，采用载波移相并联可以有效降低变流器的工作开关频率，可以利用变压器漏抗实现完美无谐波输出，同时模块并联还可以实现冗余功能，提高了供电的可靠性，节约了空间和成本，具有广泛的应用价值。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，包括移相整流变压器、AC/DC/AC模组单元以及输出变压器，所述的AC/DC/AC模组单元采用多个交错并联连接的AC/DC/AC模组，所述的移相整流变压器的每个输出绕组对应一组AC/DC/AC模组，每个AC/DC/AC模组采用交错载波的方式并联接到输出变压器。
在本发明一个较佳实施例中，所述的移相整流变压器采用不控、晶闸管或者PWM整流变成直流信号。
在本发明一个较佳实施例中，所述的AC/DC/AC模组单元的各个AC/DC/AC模组之间采用载波移相调制技术。
在本发明一个较佳实施例中，所述的移相整流变压器接入岸电，所述的输出变压器接入船电。
本发明的有益效果是：本发明的基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，不但解决了船舶利用清洁高效岸电的问题，同时提高了系统电能的转换效率，采用模块化设计，功率密度更高可维护性更强，无需庞大的输出滤波器，采用冗余设计大大提高了系统的供电可靠性，具有很强的适应性和经济便捷性，与当前环保和节能减排社会发展趋势与诉求相适应，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置的一较佳实施例的结构框图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例包括：
一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，包括移相整流变压器、AC/DC/AC模组单元以及输出变压器，所述的AC/DC/AC模组单元采用多个交错并联连接的AC/DC/AC模组，所述的移相整流变压器的每个输出绕组对应一组AC/DC/AC模组，每个AC/DC/AC模组采用交错载波的方式并联接到输出变压器。
上述中，所述的移相整流变压器接入岸电，所述的输出变压器接入船电。该电源通过移相整流变与电网相连，通过多脉波整流成直流，然后通过载波移相并联的PWM逆变器跟踪船舶电源系统的电压和相位，中压船舶通过载波移相多重化技术实现无谐波输出，低压船舶通过移相载波并联单元叠加给船舶供电，实现与船舶电源的无缝热并网与脱网。
进一步的，所述的移相整流变压器采用不控、晶闸管或者PWM整流变成直流信号，然后接逆变部分，构成AC/DC/AC模组单元。移相整流变压器的每个输出绕组对应一组AC/DC/AC模组，每个AC/DC/AC模组采用交错载波的方式并联，并联接到船电测的输出变压器，由于采用交错并联等效开关频率是移相整流变压器中单个开关频率的倍数，有效提高了等效输出开关频率，利用输出变压器的漏感或者很小的输出电感就能实现完美无谐波输出，此方案不需要输入输出滤波器，而且可以有效降低AC/DC/AC模组单元的开关频率，不但体积可以做的更加紧凑，并且可以有效电源转换效率。
再进一步的，所述的AC/DC/AC模组单元的各个AC/DC/AC模组之间采用载波移相调制技术，提高等效开关频率，由于移相整流变压器中只含有功功率开关单元，无需输出滤波器，通过输出变压器提供船舶电力。根据实际需要AC/DC/AC模组单元可以是进行热备份和冷备份，当一个模组损坏时，保证持续的电力供应，冷备份也可以在检修时能保证系统的不间断运行。
本技术方案通过移相整流变压器多绕组输出接AC/DC/AC模组的模块化变流器，每个AC/DC/AC模组交错并联，通过输出变压器接船电，由于N个AC/DC/AC模组采用交错并联，成倍提高了等效开关频率，使系统输出无需庞大的滤波器装置，功率密度明显提高，效率也得到显著提升，并且采用冷备和热备份的冗余策略，显著提高系统的可靠性和可维护性，克服了现有岸电电源大体积，系统复杂，可靠性低、效率低等缺点，为此类应用提供了一种模块化，冗余设计的解决方案。
该发明采用模块化变流器单元载波移相并联，提高等效开关频率，利用输入输出变压器漏感即可实现完美无谐波，从而无需体积庞大且效率较低的输出滤波器。同时载波移相并联单元能够实现冗余热备和冷备功能，提高系统的可靠性。
综上所述，本发明的基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置，不但解决了船舶利用清洁高效岸电的问题，同时提高了系统电能的转换效率，采用模块化设计，功率密度更高可维护性更强，无需庞大的输出滤波器，采用冗余设计大大提高了系统的供电可靠性，具有很强的适应性和经济便捷性，与当前环保和节能减排社会发展趋势与诉求相适应，具有显著的经济和社会效益。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于载波移相技术无滤波器大功率变频岸电电源装置的工作方法，其特征在于，所述的电源装置包括移相整流变压器、AC/DC/AC模组单元以及输出变压器，所述的AC/DC/AC模组单元采用多个交错并联连接的AC/DC/AC模组，所述的移相整流变压器的每个输出绕组对应一组AC/DC/AC模组；
所述的工作方法，包括：每个AC/DC/AC模组采用交错载波的方式并联接到输出变压器。
2.根据权利要求1所述的工作方法，其特征在于，采用交错并联等效开关频率是移相整流变压器中单个开关频率的倍数。
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