CN114586267B - 变压器设备 - Google Patents

变压器设备 Download PDF

Info

Publication number
CN114586267B
CN114586267B CN202080073586.8A CN202080073586A CN114586267B CN 114586267 B CN114586267 B CN 114586267B CN 202080073586 A CN202080073586 A CN 202080073586A CN 114586267 B CN114586267 B CN 114586267B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
voltage
chain link
blocks
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080073586.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114586267A (zh
Inventor
R·阿尔维斯
陈楠
F·迪奎森
J·斯文森
A·纳米
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi Energy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Energy Ltd filed Critical Hitachi Energy Ltd
Publication of CN114586267A publication Critical patent/CN114586267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114586267B publication Critical patent/CN114586267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/12—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac
    • G05F1/40—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices
    • G05F1/44—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only
    • G05F1/45—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only being controlled rectifiers in series with the load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/0093—Converters characterised by their input or output configuration wherein the output is created by adding a regulated voltage to or subtracting it from an unregulated input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明涉及一种变压器设备(10)，所述变压器设备包括变压器(12)和切换块的链式链路(14)，所述变压器具有初级绕组和次级绕组(12P、12S)，所述链式链路在所述绕组中的一个绕组与负载件(L)之间串联连接，其中所述切换块包括第一组电压贡献块和第二组电路断路器块，其中所述第一组电压贡献块被配置成用偏移电压调节由所述变压器(12)输出的电压，并且所述第二组电路断路器块被配置为中断流过所述链式链路(14)的电流。

Description

变压器设备
技术领域
本发明涉及一种用于电力应用的变压器设备。
背景技术
变压器是诸如电力传输、电力分配和电力生成之类的电力应用中的重要装备。有时需要针对给定的输入电压来变换这种变压器的输出电压。通常使用所谓的抽头变换器来进行这种类型的变换，该抽头变换器变换绕组之间的匝数比。
抽头变换器机构通常实施起来很昂贵，并且也很慢。
鉴于此，在影响变压器的输出电压的方式中需要改进变换。
在US 2010/0220499中公开了一种将变压器与另一件装备组合的方式。该文献公开了一种与变压器绕组的一端串联连接的电力电子模块(PEM)。PEM执行电流限制，提供无功功率，控制功率因数，并减少电压波动。PEM包括与半桥电路或全桥电路并联连接的滤波器和电流限流器。
将变压器与诸如电流中断功能之类的其他功能组合通常也很有意义。
因此，该领域仍存在改进的空间，尤其是在抽头变换器的简化或去除方面仍存在改进的空间。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能够用更简单的机械结构来执行电流中断的变压器设备，以用于输出电压适配(电压的幅度和/或相位)。
根据第一方面，通过一种变压器设备实现该目的，所述变压器设备包括变压器和切换块的链式链路，所述变压器具有初级绕组和次级绕组，所述链式链路连接到所述绕组中的一个绕组，并且在所述绕组中的一个绕组与负载件之间能够串联连接，其中所述切换块包括第一组电压贡献块和第二组电路断路器块，其中所述第一组电压贡献块被配置成利用偏移电压调节由所述变压器输出的电压，并且所述第二组电路断路器块被配置为中断流过所述链式链路的电流。
所述链式链路可以连接到所述变压器绕组的第一端，并且连接在或能够连接在所述变压器绕组的第一端与所述负载件的第一端之间。作为替代方案，所述链式链路可以连接到所述变压器绕组的第二端，并且连接在或能够连接在所述变压器绕组的第二端与所述负载件的第二端之间，所述变压器绕组的第二端可以是该变压器绕组的接地端。
当链式链路连接到变压器绕组的第一端时，该链式链路没有连接到该绕组的第二端；以及当链式链路连接到变压器绕组的第二端时，该链式链路没有连接到该绕组的第一端。
所述电压贡献块可以是具有双极电压贡献能力的电压贡献块。因此，该电压贡献块能够给出具有两种不同极性的电压贡献。这可以使用全桥电压贡献块来完成。电压贡献块可以附加地包括第一能量存储元件。可选地，电压贡献块还可以包括第二能量存储元件。第一能量存储元件可以是用于短期能量供应的元件，诸如电容器；并且第二能量存储元件可以是用于长期能量供应的能量存储元件，诸如电池或超级电容器。第一能量存储元件可以被用于无功功率注入或撤出，而第二能量存储元件可以被用于有功功率注入或撤出。
能够控制所述第一组电压贡献块以提供相对于负载电流成90度的相角度的正的电压贡献或负的电压贡献，即成±π/2的相角度的电压贡献。可以这样做以便注入或撤出无功功率，例如如果电压贡献块仅包括第一能量存储元件，则可以使用该第一能量存储元件来执行该注入或撤出。
或者，能够控制所述第一组电压贡献块以提供相对于负载电流成0至360度范围内的正的电压贡献或负的电压贡献。可以使用第二能量存储元件完成以便注入或撤出有功功率。
能够控制第一组电压贡献块以提供无功功率补偿。因此能够控制该第一组电压贡献块以注入或撤出无功功率。在一些实现方式中，能够控制该第一组电压贡献块以注入或撤出有功功率。
可以附加地能够控制所述第一组电压贡献块以调控由所述变压器输出的电压中的谐波和/或闪烁。
基于故障的检测，又能够控制所述第二组电路断路块来中断通过所述链式链路的电流。
所述块中的至少一些块可以附加地被分组成单元，其中每个单元包括至少一个电压贡献块和至少一个电路断路块。
针对跨对应的变压器绕组两端的电压所要完成的电压调节的期望的电压范围，可以选择所述链式链路中所使用的电压贡献块的数量，以用于幅度控制或电压相位控制。又可以选择电路断路器块的数量以用于实现期望的电流中断水平。
所述变压器可以是三相变压器，所述三相变压器包括具有初级绕组和次级绕组的初级侧和次级侧，其中每侧包括三个绕组，并且存在与一侧的绕组相等数量的链式链路，其中每个链式链路连接到所述侧中的一侧的对应的绕组。
以上所提及的一侧可以是星形连接的，其中每个链式链路连接到所述一侧的对应的绕组的第一端，其中每个绕组的第二端连接到中性线。或者，以上所提及的一侧可以是三角形连接的，其中每个链式链路连接到所述一侧的对应的绕组的第一端，其中每个绕组的第二端连接到另一绕组的链式链路。
所述变压器设备可以附加地包括控制单元，所述控制单元被配置为控制所述链式链路的切换块，该控制可以是对切换块中的切换器的控制。
本发明具有许多优点。本发明提供了一种与电流中断能力组合的用于适配变压器的电压的紧凑结构。因为可以简化或去除抽头变换器，因此它还允许简化用于调节电压的机械结构。与使用抽头变换器相比，这还允许进行更快的电压调节。本发明还能够实现变压器的连续阻抗调控。变压器设备可以额外地被用于多种有吸引力的附加目的，诸如向负载件注入正的或负的无功功率、以及闪烁和谐波调控。
附图说明
下面将参考所附附图来描述本发明，在附图中，
图1示意性地示出了包括变压器、切换块的链式链路和控制该链式链路的控制单元的变压器设备；
图2示意性地示出了在链式链路中所使用的第一类型的切换块；
图3示意性地示出了在链式链路中所使用的第二种类型的切换块；
图4示意性地示出了变压器设备的等效电路；
图5示出了等效电路中的电压和电流的相矢量；
图6示意性地示出了通过组合第一类型的切换块和第二类型的切换块所形成的单元；
图7示出了在链式链路中配备有单元的图1的变压器设备；
图8示出了具有链式链路的替代布置的变压器设备；
图9示出了第一类型的切换单元的变型；
图10示出了变压器设备的星形-星形连接的三相的实现方式；
图11示出了变压器设备的星形-三角形连接的三相的实现方式。
具体实施方式
本发明涉及用于诸如电力生成、电力传输和电力分配之类的电力应用中的变压器设备。
图1示意性地示出了变压器设备10的一种实现方式。该实现方式是单相的实现方式。如稍后可以看到的，还可以提供变压器设备的三相的实现方式。
变压器设备10包括变压器12，该变压器12具有彼此磁耦合的第一绕组和第二绕组，其中在这种情况下该第一绕组也是初级绕组12P，而第二绕组是次级绕组12S。变压器设备10还包括切换块的链式链路CL14，其中每个切换块包括至少一个切换器。链式链路14与所述绕组中的一个绕组串联连接，并且在这种情况下该链式链路14与次级绕组12S串联连接。次级绕组可以具有两个端，其中第一端经由链式链路14连接到负载件L的第一端，并且第二端连接到该负载件L的第二端。次级绕组12S的第一端可以是高电势端，并且次级绕组12S的第二端可以是低电势端。在这种情况下，次级绕组12S的第二端也连接到地，并且因此也被认为是接地端。因此，该次级绕组12S的第二端也是接地端。此外，链式链路还被连接在次级绕组12S的第一端与负载件L的第一端之间。在这种情况下，链式链路14还可以具有第一端和第二端，其中第一端连接到次级绕组12S的第一端，并且第二端连接到负载件的第一端。
变压器设备10还包括控制单元CU16，该控制单元CU16被配置为控制切换块，并且更具体地被配置为控制该切换块的切换器。控制单元16可以被实现为计算机。该控制单元16还可以被实现为具有包括实现控制功能的计算机指令的相关联的程序存储器的处理器。控制单元16可以附加地被实现为一个或多个专用电路，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。
链式链路的切换块可以是第一类型的和第二类型的，其中第一类型的切换块可以是提供来自至少一个能量存储元件(诸如，来自电容器)的电压贡献的类型。因此，该第一类型的切换块是电压贡献块。第二类型的切换块可以是将流过该链式链路的电流中断的类型的。传统上使用电路断路器来进行电流中断。由于该原因，第二种类型的切换块可以被称为电路断路器块。
图2示出了电压贡献块SBA的一种实现方式。如可以看出的，该电压贡献块SBA包括电子切换器的第一串和第二串，其中每串包括两个电子切换器，并且串的中点提供切换块的连接端子。第一串的中点提供该块的第一连接端子，并且第二串的中点提供该块的第二连接端子。呈电容器CAP形式的第一能量存储元件与第一串和第二串并联连接。可以控制作为全桥块的这种类型的块，以提供零电压贡献或提供第一能量存储元件的具有两个不同极性中的一个极性的电压。电压贡献块由此也具有双极性电压贡献能力。
图3示出了电路断路器块SBB的一种实现方式。电路断路器块SBB具有提供第一连接端子的第一端和提供第二连接端子的第二端。该电路断路器块SBB还包括连接在所述连接端子之间的机械切换器MS。主断路器MB与该机械切换器并联连接，该主断路器由一个或多个电子切换器组成。还存在缓冲器串，该缓冲器串包括与电阻器串联的电容器，该缓冲器串与主断路器和机械切换器并联连接。最后，存在与缓冲器串、主断路器和机械切换器并联连接的电涌放电器。该机械切换器在稳态操作期间通常是闭合的。当需要电流中断时，通常首先断开该机械切换器，以便将电流换流到主断路器。随后断开该主断路器，从而导致电流被换流到电涌放电器，在该电涌放电器处该电流被熄灭。
在块中的切换器可以由具有或不具有反并联二极管的晶体管组成。为此原因，作为示例，晶体管可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、双模绝缘栅晶体管(BIGT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和结型场效应晶体管(JFET)。在切换器中所使用的半导体也可以是硅半导体或宽带隙半导体，诸如碳化硅半导体或氮化镓半导体。
两种类型的块可以在链式链路中串级连接，其中链式链路中的第一切换块的第一连接端子连接到变压器次级绕组的第二端，并且第一块的第二连接端子连接到第二块的第一连接端子，其中链式链路中的块的其余部分以相同的方式彼此连接。
在链式链路中可以存在第一组电压贡献块，其中可以由控制单元控制这些电压贡献块以形成电压波形，诸如正弦波形。这可以通过控制该电压贡献块的切换器以旁通或插入具有正极性或负极性的电容器电压来完成。因此，可以创建提供偏移电压ΔV的波形，利用该偏移电压ΔV可以调节跨该变压器的次级绕组两端的电压。因此，第一组电压贡献块被配置为将可以是正的或负的偏移电压添加到由该变压器输出的电压。因此，该链式链路也可以被认为形成电压源。可以将该偏移电压设定为由变压器输出的电压的一分数，该分数可以具有上限。作为示例，该分数可以是由变压器输出的电压的至多30％。然而，该分数也可以更低，例如至多20％、15％或甚至10％。
现在将描述该变压器设备的一种稳态无故障操作。
图4示出了用于变压器设备的等效电路。如在该等效电路中可以看出的，存在第一电抗Xt(其表示变压器短路电抗)，该第一电抗Xt在第一结处连接到电压源VS的第一端。该电压源VS的第二端又在第二结处连接到第二电抗XS的第一端，其中该第二电抗XS(其表示系统线路电抗)的第二端提供该等效电路的输出。在等效电路的输出处存在第一或负载电压Vload。在第一结与地之间存在第二电压V2，并且在第二结与地之间存在电压源VS的输出电压Vout。
如图4中可以看出的，电压源VS提供偏移电压ΔV，与负载电流Iload(即，被供应至与变压器设备连接的负载件的电流)相比，该偏移电压ΔV偏移正/负九十度(即，±π/2)。偏移电压ΔV可以是第二电压V2的一分数k1，该第二电压V2是由变压器输出的电压。由于所使用的±π/2的相角度，偏移电压ΔV也可以被看作由链式链路所插入的等效阻抗，该阻抗可以是电容或电感。电感或电容的插入在某种程度上对应于变换该变压器的匝数比和/或电压的相移的有限抽头变换器操作。
因此，电压偏移可以是相对于负载电流具有某一相移的电压偏移，其因此可以是±π/2。
图5示出了等效电路中的电压与电流之间关系的相矢量图。可以看出，变压器输出的电压V2相对于负载电压Vload相移了量β1，通过负载电流Iload的垂直相矢量乘以第一电抗Xt来设定该量β1，以及输出电压Vout相对于负载电压Vload相移了量δ1，通过负载电流Iload的垂直相矢量乘以第二电抗XS来设定该量δ1。还可以看出，电抗在大小上是相等的(在示例中)，并且因此相角度β1和δ1相等，然而这不是必需的。偏移电压相矢量ΔV具有与相矢量Iload*Xt和Iload*XS相反的方向。偏移电压相矢量ΔV在大小上也等于这两个相矢量的总和。
通过以上所提到的可以在控制单元16的控制下实施的操作，可以具有对变压器的连续的阻抗调控。此外，可以在不使用抽头变换器的情况下或在使用更简单实现方式的抽头变换器的情况下提供电压变换。由此可以简化变压器的实现方式，并且可以使整个设备更便宜。此外，通过使用用于适配该电压相位和/或幅度的链式链路，电压变换的操作可以比如果需要使用抽头变换器的情况更快得多。
第一组电压贡献块可以附加地被用于向负载件注入正的或负的无功功率。
通过还包括电路断路器功能，可以将该链式链路作为电路断路器来操作，比如当由于故障或因为需要维护而断开连接该变压器设备时。第二组电路断路器块由此可以被配置为中断流过该链式链路的电流。出于该原因，控制单元可以被配置为基于故障(诸如，链式链路所连接的相中的故障)的检测来控制该第二组电路断路器块以中断通过该链式链路的电流。
如前所提到的，链式链路包括电压贡献块和电路断路器块两者。应该意识到，对于最大的偏移电压，可能需要存在尽可能多的电压贡献块。因此，所使用的电压贡献块的数量可以针对要添加到变压器电压的电压贡献的期望的电压范围而设定，该变压器电压跨被用于改变该变压器输出电压的相对应的变压器绕组两端，在这种情况下，该变压器电压是跨变压器次级绕组两端的变压器电压。电路断路器块的数量又可以是用于断开最大的负载电流所需的块的数量。因此，该数量可以是用于实现期望的电流中断水平所需的数量。
如图6可以看出的，电压贡献块可以与电路断路块组合成全桥电路断路器(FBCB)单元。FBCB单元可以包括至少一个电压贡献块和至少一个电路断路器块。取决于所需要的电压贡献块和电路断路器块的数量，一种类型的块可以多于另一类型。
如图7可以看出的，链式链路可以由多个FBCB单元组成。取决于电压贡献和电流中断的需求，还可以将FBCB单元与链式链路中的电压贡献块和/或电路断路器块组合。
存在多种可能的其他变型。例如在图8中可以看出的，链式链路14可以替代地连接在变压器次级绕组12S的接地连接中。以此方式，链式链路14连接在次级绕组12S的第二接地端与负载件L的第二端之间。另一种可能的替代方案是，将链式链路放置在变压器的初级侧。
在另一变型中，除了第一能量存储元件之外，每个电压贡献块还包括第二能量存储元件，其中第二能量存储元件可以与第一能量存储元件并联连接。在第一能量存储元件是电容器的情况下，该第二能量存储元件可以是电池、超级电容器、或用于长期能量输送的一些其他元件。在图9中示意性地示出该电压贡献块的实现方式，其中第一能量存储元件为电容CAP，并且第二能量存储元件为电池BAT。这种类型的电压贡献块可以被用于提供相对于输出电流具有不同于±π/2的其他角度的电压偏移。相移可以在可能的角度的整个频谱内，即在0至±π的范围内，并且因此该相移也可以被用于有功功率注入和撤出。有功功率注入(正的或负的)提供了所注入的电压的完整控制范围，并且可以提供独立的电压幅度和电压相移。
可以在没有第二能量存储元件的情况下实施的另一变型是，在控制单元的控制下，使用第一组电压贡献块来提供谐波和/或闪烁电压调控。这具有放宽任何附加过滤器的过滤要求的优点。
链式链路可以被放置在用于变压器的封装件中，该封装件可以是变压器箱。因此，链式链路和变压器可以一起设置在该变压器箱中。作为替代方案，链式链路可以设置在单独的封装件中。
变压器设备也可以是包括具有初级绕组和次级绕组的初级侧和次级侧的三相变压器设备。因此，对于每个相存在绕组对12A、12B和12C。因此，变压器具有三个初级绕组12AP、12BP、12CP和三个次级绕组12AS、12BS和12CS。还存在与一侧的绕组的数量相同数量的链式链路，其中每个链式链路连接到所述侧中的一侧(在这种情况下，所述一侧是次级侧)的相对应的绕组。这在图10和图11中示意性地示出。在这种情况下，存在与用于第一相a的次级绕组12AS串联连接的第一链式链路14A、与用于第二相b的次级绕组12BS串联连接的第二链式链路14B、和与用于第三相c的次级绕组12CS串联连接的第三链式链路14C。在该示例中，这些链式链路14A，14B、14C连接到次级绕组的第一端。
在图10中，变压器12具有星形-星形连接。因此，初级绕组12AP、12BP和12CP的第一端各自连接到相应的相A、B、C，其中每个初级绕组12AP、12BP和12CP的第二侧连接到中性线N。在这种情况下，每个链式链路14A、14B和14C还具有与对应的次级绕组12AS、12BS和12CS的第一端连接的第一端、和与对应的相a、b、c连接的第二端，而次级绕组12AS、12BS和12CS的第二端是互连的并且连接到中性线n。
在图11中，变压器为星形-三角形连接。由此以与图10中相同的方式连接该初级绕组12AP、12BP、12CP。此外，以与图10相同的方式，链式链路14A、14B和14C各自连接到对应的相。然而，在这种情况下，每个次级绕组12AS、12BS和12CS的第二端连接到另一绕组的链式链路或另一相的链式链路。因此，用于第一相a的次级绕组12AS的第二端连接到第二链式链路14B的第二端，用于第二相b的次级绕组12BS的第二端连接到第三链式链路14C的第二端，并且用于第三相c的次级绕组12CS的第二端连接到第一链式链路14A的第二端。
从前面的讨论可以明显看出，本发明可以以多种方式变化。因此应当认识到，本发明仅受所附权利要求的限制。

Claims (14)

1.一种变压器设备(10)，所述变压器设备(10)包括变压器(12)和切换块的链式链路(14)，所述变压器(12)具有初级绕组和次级绕组(12P、12S)，所述链式链路(14)连接到所述次级绕组(12S)中的一个绕组，并且在所述绕组中的所述一个绕组与负载件(L)之间能够串联连接，所述切换块包括第一组电压贡献块(SBA)和第二组电路断路器块(SBB)，其中所述第一组电压贡献块(SBA)被配置成利用偏移电压(ΔV)调节由所述变压器(12)输出的电压(V2)，并且所述第二组电路断路器块(SBB)被配置为中断流过所述链式链路(14)的电流(Iload)，其中所述块中的至少一些块被分组成单元，每个单元包括至少一个电压贡献块(SBA)和至少一个电路断路块(SBB)。
2.根据权利要求1所述的变压器设备(10)，其中，所述链式链路(14)连接到所述变压器绕组(12S)的第一端，并且能够连接在所述变压器绕组(12S)的第一端与所述负载件(L)的第一端之间。
3.根据权利要求1所述的变压器设备(10)，其中，所述链式链路(14)连接到所述变压器绕组(12S)的第二端，并且能够连接在所述变压器绕组(12S)的第二端与所述负载件(L)的第二端之间，其中所述变压器绕组的第二端是接地端。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，其中，所述电压贡献块是双极电压贡献块，所述双极电压贡献块具有用于短期能量供应的第一能量存储元件(CAP)。
5.根据权利要求4所述的变压器设备(10)，其中，能够控制所述第一组电压贡献块以使用所述第一能量存储元件提供相对于负载电流成90度的相角度的正的电压贡献或负的电压贡献，以用于注入或撤出无功功率。
6.根据权利要求4所述的变压器设备(10)，其中，所述双极电压贡献块包括用于长期能量供应的第二能量存储元件(BAT)。
7.根据权利要求6所述的变压器设备(10)，其中，能够控制所述第一组电压贡献块以使用所述第二能量存储元件提供相对于负载电流成0至360度范围的正的电压贡献或负的电压贡献，以用于注入或撤出有功功率。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，其中，能够控制第一组电压贡献块以调控由所述变压器输出的电压中的谐波和/或闪烁。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，其中，能够控制所述第二组电路断路块来基于故障的检测中断通过所述链式链路的电流。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，其中，针对跨对应的变压器绕组(12S)两端的电压(V2)所要完成的电压调节(ΔV)的期望的电压范围来选择电压贡献块(SBA)的数量，以用于幅度控制或电压相位控制，并且选择电路断路器块的数量以用于实现期望的电流中断水平。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，其中，所述变压器(12A、12B、12C)是三相变压器，所述三相变压器包括具有初级绕组和次级绕组(12AP、12BP、12CP、12AS、12BS、12CS)的初级侧和次级侧，其中每侧包括三个绕组并且其中存在相等数量的链式链路(14A、14B、14C)，每个链式链路连接到所述侧中的一侧的对应的绕组(12AS、12BS、12CS)。
12.根据权利要求11所述的变压器设备(10)，其中，所述一侧是星形连接的，其中每个链式链路(14A、14B、14C)连接到所述一侧的所述对应的绕组(12AS、12BS、12CS)的第一端，其中每个绕组(12AS、12BS、12CS)的第二端连接到中性线(n)。
13.根据权利要求12所述的变压器设备(10)，其中，所述一侧是三角形连接的，其中每个链式链路(14A、14B、14C)连接到所述一侧的所述对应的绕组(12AS、12BS、12CS)的第一端，其中每个绕组(12AS、12BS、12CS)的第二端连接到另一绕组的链式链路。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的变压器设备(10)，还包括控制单元(16)，所述控制单元(16)被配置为控制所述链式链路(14)的所述切换块。
CN202080073586.8A 2019-12-20 2020-12-18 变压器设备 Active CN114586267B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19218965.2A EP3839999B1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Transformer arrangement
EP19218965.2 2019-12-20
PCT/EP2020/087235 WO2021123317A1 (en) 2019-12-20 2020-12-18 Transformer arrangement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114586267A CN114586267A (zh) 2022-06-03
CN114586267B true CN114586267B (zh) 2023-11-14

Family

ID=69005390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080073586.8A Active CN114586267B (zh) 2019-12-20 2020-12-18 变压器设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11757368B2 (zh)
EP (1) EP3839999B1 (zh)
KR (1) KR102522753B1 (zh)
CN (1) CN114586267B (zh)
WO (1) WO2021123317A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020043304A1 (de) * 2018-08-31 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines stromrichters
CA3153423A1 (en) * 2021-09-29 2023-03-29 PTI Transformers Inc. Electronic voltage regulator apparatus and method

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19933811A1 (de) 1999-07-20 2001-02-01 Abb Research Ltd Drehstromtransformator für Mittel- und Hochspannungen mit einer Anordnung zur Spannungsregelung
KR100549059B1 (ko) * 2003-11-24 2006-02-06 명지대학교 산학협력단 직렬 주입 변압기가 없는 일체화 전력 조류 제어 장치
US8035254B2 (en) * 2007-04-06 2011-10-11 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for integrated cable drop compensation of a power converter
US7694429B2 (en) 2008-07-23 2010-04-13 Duquette Dan R Shake jig for installing shake siding
BRPI1008138A2 (pt) * 2009-02-06 2016-03-15 Abb Res Ag "transformador de distribuição híbrido com capacidade de energia ca & cc"
CA2752816A1 (en) 2009-02-27 2010-09-02 Abb Research Ltd. A hybrid distribution transformer with an integrated voltage source converter
US8937822B2 (en) * 2011-05-08 2015-01-20 Paul Wilkinson Dent Solar energy conversion and utilization system
US10090777B2 (en) * 2011-05-08 2018-10-02 Koolbridge Solar, Inc. Inverter with independent current and voltage controlled outputs
RU2646843C1 (ru) * 2014-01-25 2018-03-12 Чуншань СУНЬ Трансформатор с переходным импедансом на основе электронного переключателя регулирования переменного напряжения
CN104052026B (zh) 2014-05-29 2016-05-25 华中科技大学 用于模块化多电平换流器的子模块拓扑及其应用
CN107910886B (zh) * 2017-12-12 2024-01-12 荣信汇科电气股份有限公司 一种用于柔性直流输电换流阀的子模块拓扑结构及方法
CN108233689B (zh) * 2018-01-12 2021-06-18 南京南瑞继保电气有限公司 一种功率变换装置及控制方法
GB2589998B (en) * 2018-06-15 2022-06-08 Hitachi Energy Switzerland Ag Series modular DC to DC converter
CN110048377B (zh) * 2019-03-28 2020-06-30 山东大学 适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法
EP3840159B1 (en) * 2019-12-20 2023-08-23 Hitachi Energy Switzerland AG Transformer arrangement
EP3913786A1 (de) * 2020-05-18 2021-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichteranordnung mit einem netzgeführten stromrichter sowie verfahren zum anfahren der stromrichteranordnung

Also Published As

Publication number Publication date
EP3839999B1 (en) 2023-10-18
CN114586267A (zh) 2022-06-03
KR20220069116A (ko) 2022-05-26
US20220407429A1 (en) 2022-12-22
EP3839999A1 (en) 2021-06-23
WO2021123317A1 (en) 2021-06-24
KR102522753B1 (ko) 2023-04-17
US11757368B2 (en) 2023-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2968459C (en) Standby and charging of modular multilevel converters
EP2755315A1 (en) Hybrid modular converter
US20110205768A1 (en) Chain-link converter, method for starting chain-link converter and static compensator system
US20180212533A1 (en) A multilevel converter with reduced ac fault handling rating
US20170338654A1 (en) Modular multi-level converter with thyristor valves
EP2443732A1 (en) An arrangement for exchanging power
CN114586267B (zh) 变压器设备
US11777401B2 (en) Fault tolerant AC-DC chain-link converter
Zhang et al. T-type modular dc circuit breaker (t-breaker) for future dc networks
CN107086605A (zh) 一种电网零起升压的黑启动方法
US5818126A (en) Power transfer controller
KR102467725B1 (ko) 변압기 장치
CN109088549B (zh) 采用分裂电抗的换流器
Sadigh et al. Stacked multicell converter based DVR with energy minimized compensation strategy
Kavya et al. Comparison of controllers of hybrid HVDC link in multi-infeed application
KR100532059B1 (ko) 전압 새그 및 스웰 발생 장치
RU2113753C1 (ru) Способ стабилизации и регулирования параметров электроэнергии в трехфазных электросетях и устройство для его осуществления
US20230327571A1 (en) Transformer arrangement and method for voltage conversion
US11735996B2 (en) Power converter arrangement and control method therefor
Das et al. AC Power Flow Control–Minimizing VA Rating
Amin Four-wire advanced static reactive power compensator
WO2018201225A1 (en) Multi-level voltage sourced converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Zurich, SUI

Applicant after: Hitachi Energy Co.,Ltd.

Address before: Swiss Baden

Applicant before: Hitachi energy Switzerland AG

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant