CN208433915U - 一种高压变频电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压变频电源，解决了空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。本实用新型提供了一种高压变频电源，包括：移相变压器、通过叠波技术叠加的多级功率单元和滤波单元；所述移相变压器的输入端与站用电源的输出端连接；所述移相变压器的输出端与所述多级功率单元的输入端连接；所述多级功率单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

Description

一种高压变频电源

技术领域

本实用新型涉及变频电源技术领域，尤其涉及一种高压变频电源。

背景技术

空载损耗和负载损耗作为变压器运行的重要经济性参数，反映了变压器产品在设备全生命周期内的能量损耗。过去主变的空负载试验一直依赖变压器厂家的出厂试验数据，现场条件下进行主变空负载试验存在诸多不便，既无法有效考核主变生产厂家的试验结果，也无法为主变交接验收和事故分析提供试验支撑。

现场进行空负载试验存在诸多难点：(1)现场空载试验对试验电源的波形要求非常高，空载损耗对施加电压波形畸变非常敏感；(2)空载损耗对电压精度控制要求很高，由空载试验电压与电流关系非线性以及空载损耗和电压的关系可知，空载试验在接近额定电压时，即将进入饱和区，电流、功率对电压的变化较为敏感；(3)空载试验对电源带无功能力要求高，空载试验中对容性的补偿需采用可调电感，可调电感实时调节不但增加了试验难度，且容易导致可调电感和被试变压器在非50Hz频率下产生谐振导致变压器内部电压升高。

目前空负载试验电源的型式中，考虑到低压变频电源采用推挽式功率单元，带无功能力特别差，因此空载试验必须进行补偿才可以使用，根据上述讨论，空载试验的“非线性”使得空载试验补偿不易实现。因此，需要提供一种高压变频电源以解决空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高压变频电源，解决了空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。

本实用新型提供了一种高压变频电源，包括：

移相变压器、通过叠波技术叠加的多级功率单元和滤波单元；

所述移相变压器的输入端与站用电源的输出端连接；

所述移相变压器的输出端与所述多级功率单元的输入端连接；

所述多级功率单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

可选地，所述多级功率单元中的单级功率单元包括整流电路和逆变电路；

所述整流电路为三相桥式整流电路，所述逆变电路为内部集成有源钳位电路的三相逆变电路；

所述三相桥式整流电路与所述三相逆变电路通过分压电容以及在所述分压电容的两端并联分压电阻连接。

可选地，所述三相逆变电路的有源钳位电路包括IGBT晶体管和瞬态抑制二极管；

所述IGBT晶体管的门极与功率单元板连接；

所述IGBT晶体管的集电极与发射极之间连接有所述瞬态抑制二极管。

可选地，所述单级功率单元还包括：控制电路、驱动电路、故障检测电路、通讯电路、指示电路和测量模块；

所述测量模块为电压电流互感器，所述电压电流互感器设置于所述整流电路的输入端或所述逆变电路的输出端；

所述控制电路分别与所述驱动电路、所述通讯电路、所述故障检测电路和所述指示电路连接，所述控制电路用于实现控制算法，完成核心算法计算、控制、检测和保护功能；

所述驱动电路用于将所述控制电路发送的驱动信号调制成所述整流电路或所述逆变电路的开关器适用信号，从而实现对所述单级功率单元的控制；

所述通讯电路用于实现不同电路之间的弱电信号的通讯；

所述故障检测电路用于通过接收所述电压电流互感器的反馈信号，对高压变频电源的工作状态进行检测，并根据检测结果下发状态信号至所述控制电路，以控制电源进线闭锁保护；

所述指示电路用于显示高压变频电源的电压、电流、频率以及工作状态信息。

可选地，所述驱动电路与所述逆变电路的开关器之间还设置有光电转换模块，所述光电转换模块用于将PWM信号转换为光信号进行传输，所述光电转换模块与所述IGBT晶体管的门极连接。

可选地，所述滤波单元具体包括由滤波电容和滤波电感构成的二阶LC正弦波滤波器，所述滤波电感串联接入所述多级功率单元的输出端，所述滤波电容并联接入所述多级功率单元的输出端。

可选地，所述滤波电容上串连有阻尼电阻。

可选地，还包括保护单元；

所述保护单元的输出端与所述多级功率单元连接。

可选地，所述移相变压器的移相角度为6.67°。

可选地，所述多级功率单元由9级串联2级并联单级功率单元构成；

每两个所述单级功率单元构成一组，同组的所述单级功率单元的结构相同，输出电压相位一致，相邻组的所述单级功率单元的输出电压相位差为 6.67°。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供了一种高压变频电源，包括：移相变压器、通过叠波技术叠加的多级功率单元和滤波单元；所述移相变压器的输入端与站用电源的输出端连接；所述移相变压器的输出端与所述多级功率单元的输入端连接；所述多级功率单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

本实用新型中，将通过叠波技术叠加的多级功率单元加入高压变频电源之中，大幅度提高了高压变频电源带容性负载的能力，克服了传统的变频电源带无功能力差，需要额外进行补偿的缺点，解决了空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种高压变频电源的原理框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种高压变频电源的电路图与框图；

图3为本实用新型实施例提供的单级功率单元的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的整流电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的逆变电路的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的多级功率单元的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的移相变压器的电路图；

图8为本实用新型实施例提供的移相相量图；

其中，附图标记为：

1、移相变压器；2、多级功率单元；3、滤波单元；4、保护单元；5、控制电路；6、通讯电路；7、驱动电路；8、故障检测电路；9、指示电路；10、测量模块。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种高压变频电源，解决了空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图8，本实用新型提供了一种高压变频电源的一个实施例，包括：

移相变压器1、通过叠波技术叠加的多级功率单元2和滤波单元3；

移相变压器1的输入端与站用电源的输出端连接；

移相变压器1的输出端与多级功率单元2的输入端连接；

多级功率单元2的输出端与滤波单元3的输入端连接；

需要说明的是，移相变压器1采用延边三角形移相原理，通过多个不同的移相角二次绕组，可以组成等效相数为9相、12相、15相、18相、24相以及27相等整流变压器，其连接示意图及移相相量图如图7和图8所示。移相变压器的一次侧接入高压电网的站用电源，其二次侧有多个三相绕组，移相角度分别为0°、θ°、…、(60-θ)°。当变频电源每相由n个H桥单元串联时，每相就由n个绕组构成，θ＝60°/n，实现了输入的多重化，形成6n 脉波整流；

本实用新型实施例中，将通过叠波技术叠加的多级功率单元2加入高压变频电源之中，大幅度提高了高压变频电源带容性负载的能力，克服了传统的变频电源带无功能力差，需要额外进行补偿的缺点，解决了空载试验中进行补偿难以实现的技术问题。

进一步地，多级功率单元2中的单级功率单元包括整流电路和逆变电路；

整流电路为三相桥式整流电路，逆变电路为内部集成有源钳位电路的三相逆变电路；

三相桥式整流电路与三相逆变电路通过分压电容以及在分压电容的两端并联分压电阻连接；

需要说明的是，变频电源整流部分采用二极管不控整流电路，又称三相桥式整流桥，原理图如图4所示，负载所需要的无功由储能电容提供，输入功率因数较高，可保持在0.95以上，不必采用功率因数补偿装置。

进一步地，三相逆变电路的有源钳位电路包括IGBT晶体管和瞬态抑制二极管；

IGBT晶体管的门极与功率单元板连接；

IGBT晶体管的集电极与发射极之间连接有瞬态抑制二极管；

需要说明的是，如图5所示，逆变回路为三相逆变，采用给定电压信号的SPWM控制。其输出电压精度高，谐波含量少、抗电网电压干扰。逆变回路具有保护及故障输出功能，内部集成了有源钳位电路，可实现有源钳位功能，从而实现了集电极和发射极过压保护。有源钳位是当IGBT的集电极和发射极之间电压即Vce超过一个预设门槛,有源钳位电路将会把功率管部分地打开，从而令功率管的集电极和发射极之间电压得到抑制，使得功率管保持工作在线性区，基本的有源钳位方法是在IGBT的集电极和门极之间用瞬态抑制二极管(TVS)建立一个反馈通道。

进一步地，单级功率单元还包括：控制电路5、驱动电路7、故障检测电路8、通讯电路6、指示电路9和测量模块10；

测量模块10为电压电流互感器，电压电流互感器设置于整流电路的输入端或逆变电路的输出端；

控制电路5分别与驱动电路7、通讯电路6、故障检测电路8和指示电路9连接，控制电路5用于实现控制算法，完成核心算法计算、控制、检测和保护功能；

驱动电路7用于将控制电路5发送的驱动信号调制成整流电路或逆变电路的开关器适用信号，从而实现对单级功率单元的控制；

通讯电路6用于实现不同电路之间的弱电信号的通讯；

故障检测电路8用于通过接收电压电流互感器的反馈信号，对高压变频电源的工作状态进行检测，并根据检测结果下发状态信号至控制电路5，以控制电源进线闭锁保护；

指示电路9用于显示高压变频电源的电压、电流、频率以及工作状态信息；

需要说明的是，A1～B9等多级功率单元2主回路如图6所示，单级功率单元主要由整流电路、逆变电路、控制电路5、驱动电路6、故障检测电路8、通讯电路6、指示电路9和测量模块10组成，其中整流电路采用不控整流，逆变部分采用三相逆变。

控制电路5用以实现控制算法，主要完成变频装置核心算法计算、控制、检测、保护等功能。控制电路是变频电源的核心部分，负责算法运算，反馈检测，系统保护等主要功能，核心控制芯片要求具备大存储空间、快速运算能力等。本实施例的高压变频电源所选用的控制器为TI公司的 TMS320F28335数字信号处理器。

进一步地，驱动电路7与逆变电路的开关器之间还设置有光电转换模块，光电转换模块用于将PWM信号转换为光信号进行传输，光电转换模块与 IGBT晶体管的门极连接；

需要说明的是，由于驱动电路7输入的PWM信号频率范围很宽，可以从 0HZ到100kHZ以上，变压器难以无失真传输这种宽频率范围的信号，所以必须对输入信号进行调制，通过信号调制，能够增强传输信号抗干扰能力并提高保真度。

逆变电路的驱动电路7输入的PWM信号是通过光电转换模块进行调制的，即将PWM信号转换为光信号进行传输，增强传输信号抗干扰能力并提高保真度。通过驱动电路7输出的控制信号输入到IGBT的门极。

进一步地，滤波单元3具体包括由滤波电容和滤波电感构成的二阶LC正弦波滤波器，滤波电感串联接入多级功率单元的输出端，滤波电容并联接入多级功率单元的输出端；

需要说明的是，为了进一步降低变频电源输出电压谐波，PWM调制的变频电源输出端加上二阶LC正弦波滤波器，将PWM波形滤成接近正弦的电压波形，使输出电压的谐波总畸变率THD值低于4％；

雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器产生浪涌电流，经过多级功率单元2的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量。电容两端并联均压电阻，主要作用是利用分压原理，保证使各个电容上面电压均等，防止电容击穿，起到保护作用。

进一步地，滤波电容上串连有阻尼电阻；

需要说明的是，为使滤波后的电压接近正弦，滤波器的截止频率较低，其值必须低于产生大量谐波成分的PWM开关频率，高于逆变器的输出基波频率。这种拓扑结构的滤波器是一种谐振电路，会产生电压谐振现象。抑制谐振的方法是在滤波电容C上串接阻尼电阻Rf。

进一步地，还包括保护单元4；

保护单元4的输出端与多级功率单元2连接。

进一步地，移相变压器1的移相角度为6.67°。

进一步地，多级功率单元2由9级串联2级并联单级功率单元构成；

每两个单级功率单元构成一组，同组的单级功率单元的结构相同，输出电压相位一致，相邻组的单级功率单元的输出电压相位差为6.67°；

需要说明的是，9组单级功率(18个)单元通过移相变压器1输入后，输出电压通过叠波技术叠加，叠波电压经LC滤波电路，输出高精度，谐波含量少、抗电网波形干扰的三相电压波形。18个单级功率单元采用9级串联2 级并联方式输出可提高高压变频电源的容量，大幅提高高压变频电源带容性负载能力；此外通过叠波技术能够大幅减小高频电源输出电压中的谐波含量，使输出电压波形接近标准正弦波，大大改善变频电源的输出性能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压变频电源，其特征在于，包括：

移相变压器、通过叠波技术叠加的多级功率单元和滤波单元；

所述移相变压器的输入端与站用电源的输出端连接；

所述移相变压器的输出端与所述多级功率单元的输入端连接；

所述多级功率单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高压变频电源、其特征在于，所述多级功率单元中的单级功率单元包括整流电路和逆变电路；

所述整流电路为三相桥式整流电路，所述逆变电路为内部集成有源钳位电路的三相逆变电路；

所述三相桥式整流电路与所述三相逆变电路通过分压电容以及在所述分压电容的两端并联分压电阻连接。

3.根据权利要求2所述的高压变频电源，其特征在于，所述三相逆变电路的有源钳位电路包括IGBT晶体管和瞬态抑制二极管；

所述IGBT晶体管的门极与功率单元板连接；

所述IGBT晶体管的集电极与发射极之间连接有所述瞬态抑制二极管。

4.根据权利要求3所述的高压变频电源，其特征在于，所述单级功率单元还包括：控制电路、驱动电路、故障检测电路、通讯电路、指示电路和测量模块；

所述测量模块为电压电流互感器，所述电压电流互感器设置于所述整流电路的输入端或所述逆变电路的输出端；

所述控制电路分别与所述驱动电路、所述通讯电路、所述故障检测电路和所述指示电路连接，所述控制电路用于实现控制算法，完成核心算法计算、控制、检测和保护功能；

所述驱动电路用于将所述控制电路发送的驱动信号调制成所述整流电路或所述逆变电路的开关器适用信号，从而实现对所述单级功率单元的控制；

所述通讯电路用于实现不同电路之间的弱电信号的通讯；

所述故障检测电路用于通过接收所述电压电流互感器的反馈信号，对高压变频电源的工作状态进行检测，并根据检测结果下发状态信号至所述控制电路，以控制电源进线闭锁保护；

所述指示电路用于显示高压变频电源的电压、电流、频率以及工作状态信息。

5.根据权利要求4所述的高压变频电源，其特征在于，所述驱动电路与所述逆变电路的开关器之间还设置有光电转换模块，所述光电转换模块用于将PWM信号转换为光信号进行传输，所述光电转换模块与所述IGBT晶体管的门极连接。

6.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，所述滤波单元具体包括由滤波电容和滤波电感构成的二阶LC正弦波滤波器，所述滤波电感串联接入所述多级功率单元的输出端，所述滤波电容并联接入所述多级功率单元的输出端。

7.根据权利要求6所述的高压变频电源，其特征在于，所述滤波电容上串连有阻尼电阻。

8.根据权利要求1所述的高压变频电源，其特征在于，还包括保护单元；

所述保护单元的输出端与所述多级功率单元连接。

9.根据权利要求5所述的高压变频电源，其特征在于，所述移相变压器的移相角度为6.67°。

10.根据权利要求9所述的高压变频电源，其特征在于，所述多级功率单元由9级串联2级并联单级功率单元构成；

每两个所述单级功率单元构成一组，同组的所述单级功率单元的结构相同，输出电压相位一致，相邻组的所述单级功率单元的输出电压相位差为6.67°。