CN112491289A - 一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑 - Google Patents

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李晨光
陈小平
朱建国
范锋
黄亚标
吴国华
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Abstract

本发明提出的一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑，结合了多绕组变压器物理结构和电力电子变换设备的优势，在输出支路负载不均衡的情况下，均可保证变压器绕组的带载均衡性，此均衡拓扑从根本上避免了多绕组变压器的涡流效应，提高了多绕组变压器的可靠性。

Description

一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑
技术领域
本发明涉及电力电子变换器装置的供配电领域，尤其涉及一种多绕组变压器均衡系统拓扑结构。
背景技术
当前多绕组变压器在电力供电系统中得到了广泛的应用，多绕组变压器在实现电压等级变换的同时，也同时实现了单路输入变换为多路输出，这样各输出支路负载间可以独立供电，相互间实现绝缘隔离的功能。多绕组变压器在电力变电站中、通信供电系统、储能系统以及数据中心供电系统中都有广泛的应用。多绕组变压器在工程应用设计中，为了实现设计规格的统一性，各输出绕组的设计规格保持一致，其物理结构如图1所示。
多绕组变压器在使用过程中，如果输出各绕组的带载大小不一致，各绕组之间会存在涡流效应，涡流效应会导致绕组线圈的温度升高，进而导致变压器因温度过高而损坏。为了避免涡流效应的影响，多绕组变压器在设计过程中，常常采取各绕组间交错方式，并附加温度监测和风机设备，以降低涡流效应的影响。但是，因多绕组变压器在使用过程中的工况不同，在极端的情况下，多绕组变压器因涡流效应损坏的案例屡见不鲜。为了更好的推广多绕组变压器在各领域的应用，从根本上解决多绕组变压器涡流效应，势在必行。
发明内容
本发明提出一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑，该方法结合多绕组变压器物理结构和电力电子变换设备的优势，并规避其各自的劣势，引入了输出绕组和电力电子变换设备的均衡系统拓扑，此均衡拓扑可以解决各输出绕组间带载不平衡的问题，从根本上解决了多绕组变压器的涡流效应，提高了多绕组变压器的可靠性；同时，构建了灵活的输出支路拓扑，可以实现输出支路带载的任意化配置，更好的适用于不同的应用场合。
本发明的多绕组变压器均衡系统拓扑结构，包括变压器T，和与变压器T连接的电力电子变换组，变压器T包括一次侧TA和二次侧TB，一次侧TA包括输入绕组A，其输入电压为VIN；二次侧TB包括M个绕组，分别为C1，C2...CM；每个绕组分别对应一组电力电子变换组G1，G2...GM；每个电力电子变换组内部包含N个电力电子变换器E1，E2...EN；负载输出支路为VO1，VO2...VON，每个负载输出支路从每个电力电子变换组中必须且仅连接一个电力电子变换器；输出支路VO1，VO2...VON可以任意接入不同大小的负载，每个输出支路对应的N个电力电子变换器间能够自主实现功率带载的均衡。
附图说明
图1 是现有的多绕组变压器；
图2 是根据本发明的多绕组变压器均衡系统拓扑。
具体实施方式
为了实现本发明的技术方案，让更多的工程人员了解到本发明，下面将结合具体实施方式详细阐述本发明的多绕组变压器均衡系统拓扑。
本发明结合多绕组变压器的物理结构和电力电子变换器的各自优势，引入了输出绕组和电力电子变换设备的均衡系统拓扑。变压器T的输入绕组A为一次侧TA，其输入电压为VIN；二次侧TB包括M个绕组，分别为C1，C2...CM；每个绕组分别对应一组电力电子变换组G1，G2...GM；每个电力电子变换组内部包含N个电力电子变换器E1，E2...EN；负载输出支路为VO1，VO2...VON，每个负载支路从每个电力电子变换组中必须且仅连接一个电力电子变换器；输出支路VO1，VO2...VON可以任意接入不同大小的负载，无论任何工作条件下，此多绕组变压器均衡系统拓扑保证了变压器二次侧TB的各绕组C1，C2...CM带载的均衡性，从根本上解决了多绕组变压器的涡流效应，提高了多绕组变压器的可靠性。
此新型的多绕组变压器均衡系统拓扑的基本框图如图2所示。
本发明提出的一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑，具体实施过程如下：
(1)多绕组变压器T的一次侧TA仅包含一个绕组A。
(2)多绕组变压器T的二次侧TB包含M个绕组C1，C2...CM，M≥2。
(3)M个绕组C1，C2...CM分别一一对应接入M个电力电子变换组G1，G2....GM。
(4)每个电力电子变换组中均包含N个电力电子变换器E1，E2...EN，而且，每个电力电子变换器的功率配置大小必须相等。
(5)N个输出支路分别为VO1，VO2...VON，每个支路从每个电力电子变换组中必须且仅连接一个电力电子变换器，如：输出支路VO1连接电力电子变换器组G1，G2...GM中的电力电子变换器E1；输出支路VO2连接电力电子变换器组G1，G2...GM中的电力电子变换器E2...以此类推，输出支路VON连接电力电子变换器组G1，G2...GM中的电力电子变换器EN。
(6)每个输出支路对应的N个电力电子变换器间能够自主实现功率带载的均衡，如：输出支路VON所对应的电力电子变换器组G1中的EN，G2中的EN...GM中的EN，可以通过均衡措施实现带载大小始终保持一致，例如有软件或硬件均衡策略等。
本发明提出的一种新型的多绕组变压器均衡系统拓扑，结合了多绕组变压器物理结构和电力电子变换设备的优势，在输出支路负载不均衡的情况下，均可保证变压器绕组的带载均衡性，此均衡拓扑从根本上避免了多绕组变压器的涡流效应，提高了多绕组变压器的可靠性。
上述实施方式仅是示例性的示出本发明，并不企图限制本发明。另外对于没有详细描述的步骤属于本领域技术人员熟知的技术内容。对于涵盖在本发明构思内的相应的变换和更改均在本发明范围内。

Claims (3)

1.一种多绕组变压器均衡系统拓扑结构，包括变压器T，和与变压器T连接的电力电子变换组；变压器T包括一次侧TA和二次侧TB，一次侧TA包括输入绕组A；二次侧TB包括M个绕组，分别为C1，C2...CM；每个绕组分别对应一组电力电子变换组G1，G2...GM；每个电力电子变换组内部包含N个电力电子变换器E1，E2...EN；负载输出支路为VO1，VO2...VON，每个负载输出支路从每个电力电子变换组中必须且仅连接一个电力电子变换器；输出支路VO1，VO2...VON任意接入不同大小的负载，每个负载输出支路对应的N个电力电子变换器间能够自主实现功率带载的均衡。
2.根据权利要求1所述的多绕组变压器均衡系统拓扑结构，其中M≥2。
3.根据权利要求1所述的多绕组变压器均衡系统拓扑结构，其中每个电力电子变换器的功率配置大小必须相等。
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