CN110676014A - 基于模块化结构的三端口电力电子变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于电力设备技术领域，具体为基于模块化结构的三端口电力电子变压器，包括散热器、顶座和绝缘帽，所述散热器的顶部通过螺栓固定连接所述顶座，所述顶座的长度大于所述散热器的长度，所述顶座的顶部螺纹连接有高压套管，所述高压套管的顶部螺纹连接所述绝缘帽，该种基于模块化结构的三端口电力电子变压器，通过配件的组合，采用模块串联结构来承受高压侧电压，在简化功率器件的同时，增加了变压器的复杂程度，增设的绝缘帽中设置由膨胀石墨压缩板制成的主板和副板，可在配合线路限位固定的同时，在出现燃烧高温情况时，利用膨胀石墨的预热膨胀填充特性，进行内部空间隔绝，降低明火燃烧风险，绝缘性强，安全度高。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，具体为基于模块化结构的三端口电力电子变压器。
背景技术
电力电子变压器又称固态变压器，是一种利用电力电子变换技术实现电压变换和能量传递等功能的新型电力设备，将成为未来主动式配电网的关键设备之一，其基本工作原理是将高压侧工频交流电通过电力电子变流器的一系列变换(交-交或交-直-交)得到高频交流电，然后通过高频变压器耦合到低压侧，再经过变流器一系列变换得到工频交流电，向负载供电。变压器体积大小与工作频率成反比，频率越高，体积越小。
相对传统的铁心式变压器，具有如下主要优点:体积小，重量轻;原副边电压、电流及功率均高度可控;兼有断路器功能,大功率电力电子器件可瞬时关断故障大电流。兼有智能的自保护功能，无需复杂的继电保护装置。
电力电子变压器已经不再是一个单纯的变压器，而是一个兼具电气隔离、电能质量调节、新能源并网接入、不间断电源等多种功能的智能化电力电子设备。鉴于电力电子变压器相较于传统变压器的突出优势，可以满足未来电力系统很多新的要求，包括:更高的稳定性，更加灵活的输电方式，整合各种交直流分布式电源，实现与电网的并联运行，与直流配电网的结合，实现电力市场下对潮流的实时控制，综上所述，多端口电力电子变流器被认为是可再生能源并网发电和高效利用电能的必要途径，是当前智能电网和电力电子的重要发展方向，但是目前还存在很多亟待解决的问题，缺少模块串联结构，在进行走线中无法有效避免水源入侵，且在面对燃烧危险的情况下，缺少阻隔处理方式，绝缘性差，极易进一步的导致损失的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供基于模块化结构的三端口电力电子变压器，以解决上述背景技术中提出的现有的电力电子变压器相较于传统变压器的突出优势，可以满足未来电力系统很多新的要求，包括:更高的稳定性，更加灵活的输电方式，整合各种交直流分布式电源，实现与电网的并联运行，与直流配电网的结合，实现电力市场下对潮流的实时控制，综上所述，多端口电力电子变流器被认为是可再生能源并网发电和高效利用电能的必要途径，是当前智能电网和电力电子的重要发展方向，但是目前还存在很多亟待解决的问题，缺少模块串联结构，在进行走线中无法有效避免水源入侵，且在面对燃烧危险的情况下，缺少阻隔处理方式，绝缘性差，极易进一步的导致损失的增加的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于模块化结构的三端口电力电子变压器，包括散热器、顶座和绝缘帽，所述散热器的顶部通过螺栓固定连接所述顶座，所述顶座的长度大于所述散热器的长度，所述顶座的顶部螺纹连接有高压套管，所述高压套管的顶部螺纹连接所述绝缘帽，所述高压套管和所述绝缘帽的数量都为两个，两个所述绝缘帽的右侧壁开设有圆孔，所述圆孔的圆周内壁套接有套口，所述套口的直径和所述圆孔的内径相同，所述绝缘帽的内腔开设有槽环，所述槽环的数量为两个，两个所述槽环的圆周内壁分别套接有主板和副板，所述主板和所述副板的直径和厚度与所述槽环的直径和宽度相同，所述绝缘帽的底部一体成型连接有组合板，所述组合板的底部粘接有密封垫。
优选的，所述散热器的底部通过螺栓固定连接有底座，所述底座的底部通过螺栓固定连接有底板，所述底板的数量为两个。
优选的，所述绝缘帽的前侧壁开设有凹槽，所述凹槽的内部镶嵌有观察板，所述观察板的材质为钢化玻璃透明板。
优选的，所述主板直径和所述副板的直径相同，所述主板和所述副板的顶部开设有走线孔。
优选的，所述主板和所述副板的材质都为膨化石墨压缩板，所述主板和所述副板的圆周外壁包裹有绝缘布。
优选的，所述密封垫的材质为硬质橡胶板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种基于模块化结构的三端口电力电子变压器，通过配件的组合，采用模块串联结构来承受高压侧电压，在简化功率器件的同时，增加了变压器的复杂程度，增设的绝缘帽便于侧出线，降低水源入侵风险，且内部设置由膨胀石墨压缩板制成的主板和副板，可在配合线路限位固定的同时，在出现燃烧高温情况时，利用膨胀石墨的预热膨胀填充特性，进行内部空间隔绝，降低明火燃烧风险，绝缘性强，安全度高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明绝缘帽示意图；
图3为本发明LFAC/HFAC拓扑示意图；
图4为本发明低压侧变流拓扑示意图。
图中：100散热器、110底座、120底板、200顶座、210高压套管、300绝缘帽、310套口、320观察板、330主板、340副板、350组合板、360密封垫。
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。
本发明提供基于模块化结构的三端口电力电子变压器，通过配件的组合运用，便于形成串联结构，增加安全性，请参阅图1-4，包括散热器100、顶座200和绝缘帽300；
请再次参阅图1，散热器100的底部具有底座110，具体的，散热器100的底部通过螺栓固定连接有底座110，底座110的底部通过螺栓固定连接有底板120，底板120的数量为两个；
请再次参阅图1，顶座200的底部与散热器100的顶部固定连接，具体的，散热器100的顶部通过螺栓固定连接顶座200，顶座200的长度大于散热器100的长度，顶座200的顶部螺纹连接有高压套管210；
请再次参阅图1-2，绝缘帽300的底部与顶座200的顶部固定连接，具体的，高压套管210的顶部螺纹连接绝缘帽300，高压套管210和绝缘帽300的数量都为两个，两个绝缘帽300的右侧壁开设有圆孔，圆孔的圆周内壁套接有套口310，套口310的直径和圆孔的内径相同，绝缘帽300的内腔开设有槽环，槽环的数量为两个，两个槽环的圆周内壁分别套接有主板330和副板340，主板330和副板340的直径和厚度与槽环的直径和宽度相同，绝缘帽300的底部一体成型连接有组合板350，组合板350的底部粘接有密封垫360；
在具体的使用时，首先把装置固定在合适区域，保证底座110位置配合底板120进行有效固定，在高压套管210的顶部位置套接绝缘帽300，利用绝缘帽300内固定的主板330和副板340来配合走线固定，并采用侧出线的方式，可有效的降低雨水入侵的几率，在高温燃烧情况下，膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150～300倍，由片状变为蠕虫状，从而结构松散，多孔而弯曲，表面积扩大、表面能提高、吸附鳞片石墨力增强，蠕虫状石墨之间可自行嵌合，阻隔空间和氧气，增加绝缘效果，电力电子变压器的控制主要是对输入高压级、中间隔离级和输出低压级的控制，其中，对高压级的控制可以看作是对多电平变流器的控制。多电平变流器的结构多种多样，因此其控制方法根据电路结构的不同而不同。主要有:空间矢量脉冲宽度调制、消谐波脉宽调制、混合载波PWM等方法;为减小控制难度和控制系统的复杂性，中间隔离级一般采用开环控制;低压级主要是成熟的单相或三相逆变器，其中的三端口包括高压侧的电力传输网接口、低压交流配电网接口以及低压直流配电网接口，高压模块将功率传输到了高频变压器，然后低压模块从变压器取出能量，再将其变流到低压直流和低压交流。低压模块是统一变流的，对于高压侧变流器，是由多个模块串联来承受高电压，所有串联模块是相同的。每个模块处理的电压都处于较低等级，功能是将低频交流转换成变压器绕组的高频交流。实现模块功能需要采用两级结构，第一级是将低频交流转换成直流，然后再将直流转换成高频交流，每级转换都要求能实现能量双向流动，此外，由于中间采用直流电压母线，因此变换器属于电压型变流。第一级的LFAC/DC双向变流采用PWM整流技术，通过控制Q1-Q4开关的导通时间可以直接控制低频交流侧电压与直流电压的比例关系，进而通过电流闭环控制系统调节低频交流侧的电流幅值和相位，达到交流功率流控制的目的;后一级DC/HFAC的变流采用移相全桥逆变的控制方法，产生在变压器绕组上的高频方波，从而在变压器的磁路中产生交变磁场，用以将能量传输到变压器的低压侧绕组。
请再次参阅图2，为了对内部走线进行观察，具体的，绝缘帽300的前侧壁开设有凹槽，凹槽的内部镶嵌有观察板320，观察板320的材质为钢化玻璃透明板。
请再次参阅图2，为了便于走线限位，具体的，主板330直径和副板350的直径相同，主板330和副板350的顶部开设有走线孔。
请再次参阅图2，为了在与高温情况下进行膨胀填充，具体的，主板330和副板350的材质都为膨化石墨压缩板，主板330和副板350的圆周外壁包裹有绝缘布。
请再次参阅图2，为了提高绝缘性，具体的，密封垫360的材质为硬质橡胶板。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (6)
1.基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：包括散热器（100）、顶座（200）和绝缘帽（300），所述散热器（100）的顶部通过螺栓固定连接所述顶座（200），所述顶座（200）的长度大于所述散热器（100）的长度，所述顶座（200）的顶部螺纹连接有高压套管（210），所述高压套管（210）的顶部螺纹连接所述绝缘帽（300），所述高压套管（210）和所述绝缘帽（300）的数量都为两个，两个所述绝缘帽（300）的右侧壁开设有圆孔，所述圆孔的圆周内壁套接有套口（310），所述套口（310）的直径和所述圆孔的内径相同，所述绝缘帽（300）的内腔开设有槽环，所述槽环的数量为两个，两个所述槽环的圆周内壁分别套接有主板（330）和副板（340），所述主板（330）和所述副板（340）的直径和厚度与所述槽环的直径和宽度相同，所述绝缘帽（300）的底部一体成型连接有组合板（350），所述组合板（350）的底部粘接有密封垫（360）。
2.根据权利要求1所述的基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：所述散热器（100）的底部通过螺栓固定连接有底座（110），所述底座（110）的底部通过螺栓固定连接有底板（120），所述底板（120）的数量为两个。
3.根据权利要求1所述的基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：所述绝缘帽（300）的前侧壁开设有凹槽，所述凹槽的内部镶嵌有观察板（320），所述观察板（320）的材质为钢化玻璃透明板。
4.根据权利要求1所述的基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：所述主板（330）直径和所述副板（350）的直径相同，所述主板（330）和所述副板（350）的顶部开设有走线孔。
5.根据权利要求1所述的基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：所述主板（330）和所述副板（350）的材质都为膨化石墨压缩板，所述主板（330）和所述副板（350）的圆周外壁包裹有绝缘布。
6.根据权利要求1所述的基于模块化结构的三端口电力电子变压器，其特征在于：所述密封垫（360）的材质为硬质橡胶板。
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