CN110581662A - 一种变流器 - Google Patents

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翁星方
唐龙
谢湘剑
宋乾儒
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张祥
邹今换
叶文玉
董其爱
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Abstract

本申请公开了一种变流器，包括：N个PWM整流器和单相滤波电抗器组，每个PWM整流器对应一个单相滤波电抗器组；每个PWM整流器的交流输出端与单相滤波电抗器组的一侧串联，每个单相滤波电抗器组的另一侧相互连接且作为交流侧接入点，每个PWM整流器的直流侧相互并联且作为直流侧连接入点；每个PWM整流器采用预设的载波移相算法，实现每个PWM整流器错相工作，N为大于等于2的正整数；本申请在交流电源或负载AC和直流电源或负载DC之间串联多组相互并联一一对应的单相滤波电抗器组Linv和PWM整流器INV，结合预设的载波移相算法，能够保证每个PWM整流器INV错相工作，从而减少谐波，提高变流器的功率因数。

Description

一种变流器
技术领域
本发明涉及轨道交通供电技术领域，特别涉及一种变流器。
背景技术
随着科技的进步，仅仅能够实现生产需求的设备已经不满足现代社会要求，更要在满足生产需求的基础上实现节能减排，为响应国家节能减排的号召，避免制动能量通过电阻消耗，这几年能馈装置在地铁线路的应用越来越广泛，能馈装置就是在地铁牵引整流机组回路并联一个能馈支路，用于将列车制动能馈回馈至交流电网，做到能量的二次利用。
现有技术中，变流器虽然能够整流牵引也可以逆变回馈，但存在谐波差，功率因数低等缺点，因此，在35KV和10kV的谐波治理显得越来越重要。
因此，需要提供一种既可以整流牵引也可以逆变回馈，谐波少，功率因数高的变流器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变流器，可以整流牵引也可以逆变回馈，降低谐波少，提高功率因数。其具体方案如下：
一种变流器，包括：N个PWM整流器和单相滤波电抗器组，每个PWM整流器对应一个单相滤波电抗器组；每个PWM整流器的交流输出端与单相滤波电抗器组的一侧串联，每个单相滤波电抗器组的另一侧相互连接且作为交流侧接入点，每个PWM整流器的直流侧相互并联且作为直流侧连接入点；利用预设的载波移相算法对每个PWM整流器进行控制，以实现每个PWM整流器错相工作，N为大于等于2的正整数。
可选的，所述每个PWM整流器均包括三组全控性开关器件，每组全控性开关器件包括第一全控性开关器件和第二全控性开关器件，第一全控性开关器件的输出端与第二全控性开关器件的输入端相连，每组全控性开关器件的第一全控性开关器件的输入端相互连接作为直流侧的直流输出端，每组全控性开关器件的第二全控性开关器件的输出端相互连接作为直流侧的直流输入端，每个全控性开关器件的控制端与相应的控制电路连接，接收所述预设的载波移相算法，第一全控性开关器件和第二全控性开关器件的公共端作为交流输出端与单相滤波电抗器组相连。
可选的，所述全控性开关器件为IGBT。
可选的，还包括：整流桥，所述整流桥的直流侧与每个PWM整流器并联，所述整流桥的交流侧与N个单相滤波电抗器组的交流侧接入点连接。
可选的，还包括与所述交流侧接入点连接的单相滤波电感组。
可选的，所述整流桥包括三组单向导通器件，每组单向导通器件包括第一单向导通器件和第二单向导通器件，第一单向导通器件的负极与第二单向导通器件的正极连接，每组单向导通器件的第一单向导通器件的正极相互连接作为所述整流桥的直流侧的输出端，每组单向导通器件的第二单向导通器件的负极相互连接为所述整流桥的直流侧的输入端，每组单向导通器件的第一单向导通器件和第二单向导通器件的公共端作为所述整流桥的交流侧与所述第一单相滤波电抗器组和所述第二单相滤波电抗器组的交流侧接入点连接。
可选的，所述单向导通器件为二极管或晶闸管。
可选的，所述载波移相算法为载波错相的SPWM，其中，n表示整流器的数量，n＝N。
可选的，所述载波移相算法为载波错时的SVPWM，其中，n表示整流器的数量，n＝N。
本发明中，变流器，包括：N个PWM整流器和单相滤波电抗器组，每个PWM整流器对应一个单相滤波电抗器组；每个PWM整流器的交流输出端与单相滤波电抗器组的一侧串联，每个单相滤波电抗器组的另一侧相互连接且作为交流侧接入点，每个PWM整流器的直流侧相互并联且作为直流侧连接入点；每个PWM整流器采用预设的载波移相算法，实现每个PWM整流器错相工作，N为大于等于2的正整数；本发明在交流电源或负载AC和直流电源或负载DC之间串联多组相互并联一一对应的单相滤波电抗器组Linv和PWM整流器INV，结合预设的载波移相算法，能够保证每个PWM整流器INV错相工作，从而减少谐波，提高变流器的功率因数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种变流器结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种变流器结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种双向变流器系统主电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种变流器，参见图1所示，该变流器包括：N个PWM整流器INV和单相滤波电抗器组Linv，每个PWM整流器INV对应一个单相滤波电抗器组Linv；每个PWM整流器INV的交流端与单相滤波电抗器组Linv的一侧串联，每个单相滤波电抗器组Linv的另一侧相互连接且作为交流侧接入点，每个PWM整流器INV的直流侧相互并联且作为直流侧连接入点；利用预设的载波移相算法对每个PWM整流器进行控制，以实现每个PWM整流器INV错相工作，N为大于等于2的正整数。
其中，每个PWM整流器INV均包括三组全控性开关器件11，每组全控性开关器件11包括第一全控性开关器件S1和第二全控性开关器件S2，第一全控性开关器件S1的输出端与第二全控性开关器件S2的输入端相连，每组全控性开关器件11的第一全控性开关器件S1的输入端相互连接作为直流侧的直流输入端，每组全控性开关器件11的第二全控性开关器件S2的输出端相互连接作为直流侧的直流输出端，每个全控性开关器件S1或S2的控制端与相应的控制电路连接，接收预设的载波移相算法，第一全控性开关器件S1和第二全控性开关器件S2的公共端作为交流端与单相滤波电抗器组Linv相连，每个单相滤波电抗器组Linv包括3个单相滤波电抗器，分别接入在PWM整流器INV交流侧的三相上。
具体的，每个单相滤波电抗器组Linv的公共端即交流侧接入点与三相交流电源或交流负载AC相连，每个PWM整流器INV与直流电源或直流负载DC串联，PWM整流器INV的直流侧连接入点包括直流输入端和直流输出端，分别与直流电源或直流负载的正极和负极相连；全控性开关器件可以为IGBT，当全控性开关器件为IGBT，则IGBT的发射极作为全控型开关器件的输出端，IGBT的集电极作为全控型开关器件的输入端，IGBT的门极作为全控型开关器件的控制端。
需要说明的是，为保证每个PWM整流器INV能够错相工作，减少谐波，载波移相算法采用载波错相的SPWM，或载波错时的SVPWM，其中，n表示整流器的数量，n＝N，Ts表示采样周期；例如，一个变流器中包括两个PWM整流器INV，则采用载波错相180°的SPWM，一个变流器中包括三个PWM整流器INV，则采用载波错相120°的SPWM，同理，载波错时根据一个变流器中包括的PWM整流器INV数量变换中n的取值得到相应的载波错时。
可以理解的是，通过采用预设的载波移相算法对PWM整流器INV的全控型器件进行导通控制，结合与PWM整流器INV一一对应的单相滤波电抗器组Linv，使多台PWM整流器INV能够错相工作，实现多重斩波错相消谐，降低谐波。
例如，一种双向变流器系统包括四个PWM整流器INV，四个PWM整流器INV均采用同一个调制波，但利用预设的载波错相的SPWM载波移相算法可知，四个PWM整流器INV的三角载波依次错相90°，第一PWM整流器INV为0°，第二PWM整流器INV为90°，第三PWM整流器INV为180°，第四PWM整流器INV为270°，使得电流谐波相互抵消，从而达到降低谐波的目的
可见，本发明实施例在交流电源或负载AC和直流电源或负载DC之间串联多组相互并联一一对应的单相滤波电抗器组Linv和PWM整流器INV，结合预设的载波移相算法，能够保证每个PWM整流器INV错相工作，从而减少谐波，提高变流器的功率因数。
本发明实施例公开了一种具体的变流器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图2所示，具体的：
当变流器应用在轨道交通供电技术领域时，如，地铁供电电路，直流电源或负载DC可能会发生断路，为保证变流器能够承受住大的短路电流，避免变流器中全控性开关器件损坏，变流器还可以包括整流桥Diode，利用整流桥Diode构建与直流电源或负载DC之间的短路回路，当直流电源或负载DC短路后使整流桥Diode短路PWM整流器INV，从而保护变流器中的全控型开关器件；整流桥Diode的直流侧与每个PWM整流器INV并联，整流桥Diode的交流侧与N个单相滤波电抗器组Linv的交流侧接入点连接。
具体的，整流桥Diode包括三组单向导通器件21，每组单向导通器件21包括第一单向导通器件D1和第二单向导通器件D2，第一单向导通器件D1的负极与第二单向导通器件D2的正极连接，每组单向导通器件21的第一单向导通器件D1的正极相互连接作为整流桥Diode的直流侧的输出端，每组单向导通器件21的第二单向导通器件D2的负极相互连接为整流桥的直流侧的输入端，每组单向导通器件21的第一单向导通器件D1和第二单向导通器件D2的公共端作为整流桥Diode的交流侧与第一单相滤波电抗器组Linv和第二单相滤波电抗器组Linv的交流侧接入点连接。
其中，单向导通器件D1或D2可以为二极管或晶闸管。
可以理解的是，当直流电源或负载AC短路，由于整流桥Diode中的单向导通器件的导通压降低于PWM整流器INV中全控性开关器件的导通压降，所以直流电源或负载AC的短路电流通过整流桥Diode再次回到直流电源或负载AC，从而避免了短路电流经过PWM整流器INV，避免了PWM整流器INV中全控性开关器件的损坏。
进一步的，为了限制短路电流的大小变流器还可以包括与交流侧接入点连接的单相滤波电感组Lg，单相滤波电感组Lg包括3个单相滤波电感分别接入交流侧的三相上。
参见图3所示，为本发明实施例公开的一种双向变流器系统主电路图包括第一变流器3、第二变流器4、双分裂变压器T、直流牵引网1、交流母线2、第一二极管整流桥DIO1、第一PWM整流器INV1、第二PWM整流器INV2、第三PWM整流器INV3、第四PWM整流器INV4、第一单相滤波电抗器组L1、第二单相滤波电抗器组L2、第三单相滤波电抗器组L3、第四单相滤波电抗器组L4和第二二极管整流桥DIO2。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的一种变流器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种变流器，其特征在于，包括：N个PWM整流器和单相滤波电抗器组，每个PWM整流器对应一个单相滤波电抗器组；每个PWM整流器的交流输出端与单相滤波电抗器组的一侧串联，每个单相滤波电抗器组的另一侧相互连接且作为交流侧接入点，每个PWM整流器的直流侧相互并联且作为直流侧连接入点；利用预设的载波移相算法对每个PWM整流器进行控制，以实现每个PWM整流器错相工作，N为大于等于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的的变流器，其特征在于，所述每个PWM整流器均包括三组全控性开关器件，每组全控性开关器件包括第一全控性开关器件和第二全控性开关器件，第一全控性开关器件的输出端与第二全控性开关器件的输入端相连，每组全控性开关器件的第一全控性开关器件的输入端相互连接作为直流侧的直流输出端，每组全控性开关器件的第二全控性开关器件的输出端相互连接作为直流侧的直流输入端，每个全控性开关器件的控制端与相应的控制电路连接，接收所述预设的载波移相算法，第一全控性开关器件和第二全控性开关器件的公共端作为交流输出端与单相滤波电抗器组相连。
3.根据权利要求2所述的的变流器，其特征在于，所述全控性开关器件为IGBT。
4.根据权利要求1所述的变流器，其特征在于，还包括：整流桥，所述整流桥的直流侧与每个PWM整流器并联，所述整流桥的交流侧与N个单相滤波电抗器组的交流侧接入点连接。
5.根据权利要求4所述的变流器，其特征在于，还包括与所述交流侧接入点连接的单相滤波电感组。
6.根据权利要求4所述的变流器，其特征在于，所述整流桥包括三组单向导通器件，每组单向导通器件包括第一单向导通器件和第二单向导通器件，第一单向导通器件的负极与第二单向导通器件的正极连接，每组单向导通器件的第一单向导通器件的正极相互连接作为所述整流桥的直流侧的输出端，每组单向导通器件的第二单向导通器件的负极相互连接为所述整流桥的直流侧的输入端，每组单向导通器件的第一单向导通器件和第二单向导通器件的公共端作为所述整流桥的交流侧与所述第一单相滤波电抗器组和所述第二单相滤波电抗器组的交流侧接入点连接。
7.根据权利要求6所述的变流器，其特征在于，所述单向导通器件为二极管或晶闸管。
8.根据权利要求1至7任一项所述的变流器，其特征在于，所述载波移相算法为载波错相的SPWM，其中，n表示整流器的数量，n＝N。
9.根据权利要求1至7任一项所述的变流器，其特征在于，所述载波移相算法为载波错时的SVPWM，其中，n表示整流器的数量，n＝N。
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