CN211352059U - 储能型电力推进变频器主电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种储能型电力推进变频器主电路，包括：m相电路，每相电路包括上桥臂和下桥臂，其中，上桥臂由n个三电平储能子模块的输出端依次串联后与桥臂电抗器串联构成，下桥臂由桥臂电抗器与n个三电平储能子模块的输出端依次串联构成，且每相电路的上桥臂的上端分别与直流电网的正极相连，每相电路的下桥臂的下端分别与直流电网的负极相连，每相电路上桥臂的下端与下桥臂的上端相连形成该相的交流输出端，m相电路的交流输出端为多相推进电机供电，其中，m与n均为正整数。该电路可以减小其它脉冲负载对大型船舶电网的冲击，减小对发电系统的容量配置需求；能够控制MMC电路中的悬浮电容的电压波动，非常适用于大型船舶推进场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及大型船舶中压直流综合电力推进技术领域，特别涉及一种储能型电力推进变频器主电路。
背景技术
在大型船舶中压直流综合电力系统中，随着大型船舶容量和电压等级的提高，电力推进变频器必须采用多电平电路，模块化多电平变换器由于其单一直流母线供电、高度模块化、容错能力强、电平数多等优点，在柔性直流输电领域得到广泛应用。然而其悬浮电容电压波动幅值与输出频率成反比，因此在电机低速运行时存在电容电压低频波动的问题，严重束缚了其在用于大型船舶推进领域的应用。
由于大型船舶推进电机由于功率大，在起动瞬间对电网的冲击大，同时大型船舶上大量高能脉冲武器的使用对于大型船舶综合电力系统的冲击很大，因此，为了平抑脉冲负载的功率波动、提高系统稳定性和供电可靠性，还需要配备一定容量的储能系统。然而，目前常规的大规模储能需要大量的储能单体串并联，不仅效率低、可靠性差，而且需要额外配置能量管理系统作SOC(State of charge，荷电状态)均衡控制。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本实用新型的目的在于提出一种储能型电力推进变频器主电路，该电路由于内置分散式储能环节，因此能够平抑推进电机的功率波动，而且可以减小其它脉冲负载对大型船舶电网的冲击，减小对发电系统的容量配置需求；同时采用超级电容能够控制MMC电路中的悬浮电容的电压波动，同时解决了MMC带电机负载时的电容电压低频波动问题，非常适用于大型船舶推进场合。
为达到上述目的，本实用新型一方面提出了一种储能型电力推进变频器主电路，包括：m相电路，每相电路包括上桥臂和下桥臂，其中，所述上桥臂由n个三电平储能子模块的输出端依次串联后与桥臂电抗器串联构成，所述下桥臂由所述桥臂电抗器与所述n个三电平储能子模块的输出端依次串联构成，且所述每相电路的上桥臂的上端分别与直流电网的正极相连，所述每相电路的下桥臂的下端分别与所述直流电网的负极相连，所述每相电路上桥臂的下端与下桥臂的上端相连形成该相的交流输出端，所述m相电路的交流输出端为多相推进电机供电，其中，m与n均为正整数。
根据本实用新型的储能型电力推进变频器主电路，内置分散式储能环节，能够平抑推进电机的功率波动，而且可以减小其它脉冲负载对大型船舶电网的冲击，减小对发电系统的容量配置需求；采用超级电容能够控制MMC电路中的悬浮电容的电压波动，同时解决了MMC带电机负载时的电容电压低频波动问题，非常适用于大型船舶推进场合；采用三电平储能子模块一方面减少了相同电平数情况下的子模块数量，同时也减少了所需的超级电容和电感的数量，降低了系统成本。
进一步地，所述三电平储能子模块包括：储能元件、直流电感L、三电平DC/DC电路、第一直流电容C1、第二直流电容C2和一个三电平半桥电路，所述三电平DC/DC电路包括第一至第四开关器件，其中，第一开关器件的集电极连接到所述第一直流电容的正极，所述第一开关器件的发射极与第二开关器件的集电极相连，并连接到所述直流电感L的一端，所述直流电感L的另一端连接到所述储能元件的正极；所述第二开关器件的发射极与第三开关器件的集电极相连，并同时连接到所述第一直流电容的负极和所述第二直流电容的正极；第三开关器件的发射极与第四开关器件的集电极相连，并连接到所述储能元件的负极，所述第四开关器件的发射极与所述直流电容的负极相连。
进一步地，所述三电平半桥电路包括：第五至第八开关器件，其中，第五开关器件的集电极连接到所述第一直流电容的正极，所述第五开关器件的发射极与第六开关器件的集电极相连，并作为所述三电平储能子模块的正输出端X1，所述第六开关器件的发射极与第七开关器件的集电极相连，并同时连接到所述第一直流电容的负极和所述第二直流电容的正极；所述第七开关器件的发射极与第八开关器件的集电极相连，并作为所述三电平储能子模块的负输出端X2，所述第八开关器件的发射极与所述直流电容的负极相连。
进一步地，所述三电平储能子模块中的储能元件采用可频繁充放电的功率型储能。
可选地，所述储能元件可以为超级电容。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本实用新型一个实施例的储能型电力推进变频器主电路的结构示意图；
图2为根据本实用新型一个实施例的三电平储能子模块的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
下面参照附图描述根据本实用新型实施例提出的储能型电力推进变频器主电路。
图1是本实用新型一个实施例的储能型电力推进变频器主电路的结构示意图。
如图1所示，该储能型电力推进变频器主电路，其中，储能型电力推进变频器采用多相MMC拓扑，包括：m相电路，每相电路包括上桥臂和下桥臂。
其中，上桥臂由n个三电平储能子模块的输出端依次串联后与桥臂电抗器串联构成，下桥臂由桥臂电抗器与n个三电平储能子模块的输出端依次串联构成，且每相电路的上桥臂的上端分别与直流电网的正极相连，每相电路的下桥臂的下端分别与直流电网的负极相连，每相电路上桥臂的下端与下桥臂的上端相连形成该相的交流输出端，m相电路的交流输出端为多相推进电机供电，其中，m与n均为正整数。本实用新型实施例的电路由于内置分散式储能环节，因此能够平抑推进电机的功率波动，而且可以减小其它脉冲负载对大型船舶电网的冲击，减小对发电系统的容量配置需求；同时采用超级电容能够控制MMC电路中的悬浮电容的电压波动，同时解决了MMC带电机负载时的电容电压低频波动问题，非常适用于大型船舶推进场合。
进一步地，在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，三电平储能子模块，包括一个三电平DC/DC电路，一个三电平半桥电路，一个储能元件和两个直流电容C1、C2。三电平DC/DC电路包括4个开关器件S1～S4和一个电感L，其中S1的集电极连接到直流电容C1的正极，S1的发射极与S2的集电极相连，并连接到电感L的一端，电感L的另一端连接到储能元件的正极；S2的发射极与S3的集电极相连，并同时连接到直流电容C1的负极和C2的正极；S3的发射极与S4的集电极相连，并连接到储能元件的负极；S4的发射极与直流电容的负极相连。
进一步地，在本实用新型的一个实施例中，三电平半桥电路包括4个开关器件S5～S8，其中S5的集电极连接到直流电容C1的正极，S5的发射极与S6的集电极相连，并作为三电平储能子模块的正输出端X1；S6的发射极与S7的集电极相连，并同时连接到直流电容C1的负极和C2的正极；S7的发射极与S8的集电极相连，并作为三电平储能子模块的负输出端X2；S8的发射极与直流电容的负极相连。
可选地，在本实用新型的一个实施例中，三电平储能子模块中的储能元件使用可频繁充放电的功率型储能，如超级电容等。
进一步地，下面将对三电平储能子模块的工作原理进行进一步阐述，具体如下：
开关器件S1和S2工作在互补开关状态，开关器件S3和S4工作在互补开关状态，开关器件S5和S6工作在互补开关状态，开关器件S7和S8工作在互补开关状态。
假设两个直流电容C1和C2的电压均为E，当S1和S4导通时，三电平DC/DC电路的输出电压为2E，当S2和S3导通时，三电平DC/DC电路的输出电压为0，当S1和S3导通或S2和S4导通时，三电平DC/DC电路的输出电压为E。因此三电平DC/DC电路能够输出0、E和2E三个电平。
当S5和S8导通时，三电平半桥电路的输出电压为2E，当S6和S7导通时，三电平半桥电路的输出电压为0，当S5和S7导通或S6和S8导通时，三电平半桥电路的输出电压为E。因此三电平半桥电路能够输出0、E和2E三个电平。
根据本实用新型实施例提出的储能型电力推进变频器主电路，内置分散式储能环节，能够平抑推进电机的功率波动，而且可以减小其它脉冲负载对大型船舶电网的冲击，减小对发电系统的容量配置需求；采用超级电容能够控制MMC电路中的悬浮电容的电压波动，同时解决了MMC带电机负载时的电容电压低频波动问题，非常适用于大型船舶推进场合；采用三电平储能子模块一方面减少了相同电平数情况下的子模块数量，同时也减少了所需的超级电容和电感的数量，降低了系统成本。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种储能型电力推进变频器主电路，其特征在于，包括：
m相电路，每相电路包括上桥臂和下桥臂，其中，所述上桥臂由n个三电平储能子模块的输出端依次串联后与桥臂电抗器串联构成，所述下桥臂由所述桥臂电抗器与所述n个三电平储能子模块的输出端依次串联构成，且所述每相电路的上桥臂的上端分别与直流电网的正极相连，所述每相电路的下桥臂的下端分别与所述直流电网的负极相连，所述每相电路上桥臂的下端与下桥臂的上端相连形成该相的交流输出端，所述m相电路的交流输出端为多相推进电机供电，其中，m与n均为正整数。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三电平储能子模块包括：
储能元件、直流电感L、三电平DC/DC电路、第一直流电容C1、第二直流电容C2和一个三电平半桥电路，所述三电平DC/DC电路包括第一至第四开关器件，其中，第一开关器件的集电极连接到所述第一直流电容的正极，所述第一开关器件的发射极与第二开关器件的集电极相连，并连接到所述直流电感L的一端，所述直流电感L的另一端连接到所述储能元件的正极；所述第二开关器件的发射极与第三开关器件的集电极相连，并同时连接到所述第一直流电容的负极和所述第二直流电容的正极；第三开关器件的发射极与第四开关器件的集电极相连，并连接到所述储能元件的负极，所述第四开关器件的发射极与所述直流电容的负极相连。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述三电平半桥电路包括：
第五至第八开关器件，其中，第五开关器件的集电极连接到所述第一直流电容的正极，所述第五开关器件的发射极与第六开关器件的集电极相连，并作为所述三电平储能子模块的正输出端X1，所述第六开关器件的发射极与第七开关器件的集电极相连，并同时连接到所述第一直流电容的负极和所述第二直流电容的正极；所述第七开关器件的发射极与第八开关器件的集电极相连，并作为所述三电平储能子模块的负输出端X2，所述第八开关器件的发射极与所述直流电容的负极相连。
4.根据权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述三电平储能子模块中的储能元件采用可频繁充放电的功率型储能。
5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述储能元件为超级电容。
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