專利名稱：一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可以實現(xiàn)多種功能的輸配電裝置，具體涉及一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器。
背景技術(shù)：
電力變壓器自19世紀(jì)被發(fā)明以來，已經(jīng)成為輸配電系統(tǒng)的基本組成設(shè)備。傳統(tǒng)的電力變壓器雖然具有制作工藝簡單、可靠性高等優(yōu)點，但其僅能實現(xiàn)電壓等級變換和絕緣隔離，功能比較單一，且由于變壓器原副邊存在電磁耦合，無法實現(xiàn)變壓器兩側(cè)故障電流、 電壓的隔離，限制故障范圍；無法實現(xiàn)變壓器兩側(cè)畸變電流、干擾電壓的隔離，一方面導(dǎo)致敏感負(fù)荷受到影響，另一方面造成電網(wǎng)污染；此外當(dāng)變壓器還存在勵磁涌流、并列運行負(fù)荷分配不均和環(huán)流、絕緣油污染環(huán)境等問題。上世紀(jì)70年代電力電子變壓器(PET-Power electronic transformer)的概念被提出，PET是利用電力電子換流技術(shù)實現(xiàn)電壓變換和能量傳遞的。其突出特點是通過電壓型變換器(VSC)對其原副邊交流側(cè)電壓、電流的幅值和相位進行連續(xù)可控調(diào)節(jié)。因此，PET 不僅可以克服傳統(tǒng)變壓器的缺陷，還可以解決電力系統(tǒng)面臨的電磁環(huán)網(wǎng)、電能質(zhì)量、無功動態(tài)補償以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定極限等問題。隨著電力電子器件水平和高頻變壓器材料的發(fā)展， 電力電子變壓器將會在智能電網(wǎng)中發(fā)揮不可或缺的作用。

實用新型內(nèi)容發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)變壓器的電壓變換、電壓隔離、能量傳遞的簡單功能，還能實現(xiàn)無功補償、諧波治理以及智能電網(wǎng)的下的一些新需求。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其三相電路中各單相結(jié)構(gòu)相同且獨立，每相包括輸入級、隔離級和輸出級，所述輸入級由若干相同的功率變換器級聯(lián)而成，這樣可以適應(yīng)高電壓輸入，功率變換器直流側(cè)連接相應(yīng)的直流儲能電容；所述隔離級包括高頻DC/AC模塊、高頻變壓器和高頻AC/DC模塊；所述輸出級由四橋臂的三相逆變器構(gòu)成，每個逆變功率變換器交流側(cè)對應(yīng)串聯(lián)濾波器；三相的輸入采用Y型連接，每相的隔離級的輸出采用并聯(lián)的方式連接，這樣可以適應(yīng)大功率負(fù)載。所述的輸出級采用三相四橋臂結(jié)構(gòu)適用于三相四線制系統(tǒng)，三相輸入對應(yīng)的三路逆變器的輸出可以采用分開三路輸出或者并聯(lián)的方式輸出以適應(yīng)配電網(wǎng)負(fù)載要求。所述輸入級的功率變換器的級聯(lián)數(shù)目與輸入側(cè)的電壓相適配，所述功率變換器包括由四個二極管組成的H橋不控整流電路和由電感、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)和第五二極管組成的基于boost的功率因數(shù)校正電路，所述H橋不控整流電路輸出直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)晶閘管，直流側(cè)的正端串聯(lián)電感，再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)絕緣柵雙極型晶體管，隨后在直流側(cè)的正端串聯(lián)第五二極管，并再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)直流儲能電容。所述高頻DC/AC模塊采用四只絕緣柵雙極型晶體管組成的全橋逆變電路，高頻AC/DC模塊采用四只二極管組成的全橋不控整流電路。具體來說，所述四只絕緣柵雙極型晶體管為第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管和第四絕緣柵雙極型晶體管，第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通后串聯(lián)諧振電容接高頻變壓器原邊正端，第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管導(dǎo)通后接高頻變壓器原邊負(fù)端；四只二極管包括第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，第一二極管、第二二極管串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊正端，第三二極管、第四二極管串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊負(fù)端，直流側(cè)輸出端并聯(lián)在第二直流儲能電容上，該第二直流儲能電容用以提高輸出的功率。所述的濾波器由輸出濾波電感與輸出濾波電容組成，可以提高電壓電流波形質(zhì)量。有益效果本實用新型的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，除了具備傳統(tǒng)電力電子變壓器的優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)點1、本實用新型在各輸入模塊設(shè)置旁路晶閘管，在某輸入功率單元模塊發(fā)生故障時可以切除該模塊不影響整個系統(tǒng)的正常運行，大大提高裝置的可靠性；2、本實用新型在隔離AC/DC模塊增加諧振電容，通過隔離模塊諧振軟開關(guān)的實現(xiàn)降低損耗，提高電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率；3、本實用新型的多路輸出可以適應(yīng)配網(wǎng)的不同負(fù)載要求，對于大功率負(fù)載可以采用多路輸出并聯(lián)的方式，提高其在配網(wǎng)使用的靈活性；4、本實用新型接在配電系統(tǒng)中，一方面通過調(diào)節(jié)其交流側(cè)電壓、電流的幅值和相位，解決電壓暫降/暫升、諧波、波動與閃變等電能質(zhì)量問題；另一方面，通過其交-直-交模塊，及高頻變壓器隔離，可實現(xiàn)負(fù)荷和供電系統(tǒng)之間的干擾隔離，抑制諧波，改善電網(wǎng)電氣環(huán)境；5、本實用新型的原副邊交流側(cè)電壓、電流的幅值和相位可進行連續(xù)可控調(diào)節(jié)，因此可以調(diào)整所在線路的等效電氣阻抗，提高電網(wǎng)建設(shè)初期的電磁環(huán)網(wǎng)斷面的暫態(tài)穩(wěn)定極限；6、本實用新型采用模塊化設(shè)計，能夠為其組裝帶來便利，大大提高生產(chǎn)效率。
圖1為本實用新型的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器的單相原理框圖；圖2為本實用新型的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器的三相整體原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作更進一步的說明。如圖1和圖2所示，一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其三相電路中各單相結(jié)構(gòu)相同且獨立，每相包括輸入級、隔離級和輸出級，輸入級由若干相同的功率變換器級聯(lián)而成，能夠適應(yīng)高電壓輸入，功率變換器直流側(cè)連接相應(yīng)的直流儲能電容1 ；隔離級包括高頻DC/AC模塊、高頻變壓器和高頻AC/DC模塊；輸出級由四橋臂的三相逆變器構(gòu)成，每個逆變功率變換器交流側(cè)對應(yīng)串聯(lián)濾波器2，濾波器2由輸出濾波電感與輸出濾波電容組成的LC濾波器，其可以提高電壓電流波形質(zhì)量；三相的輸入采用Y型連接，每相的隔離級的輸出采用并聯(lián)的方式連接，其可以適應(yīng)大功率負(fù)載。具體來說，輸入級的功率變換器的級聯(lián)數(shù)目與輸入側(cè)的電壓相適配，功率變換器包括由四個二極管3組成的H橋不控整流電路和由電感4、絕緣柵雙極型晶體管5和第五二極管6組成的基于boost的功率因數(shù)校正電路，H橋不控整流電路輸出直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)晶閘管7，直流側(cè)的正端串聯(lián)電感4，再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)絕緣柵雙極型晶體管 5，隨后在直流側(cè)的正端串聯(lián)第五二極管6，并再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)直流儲能電容1。高頻DC/AC模塊采用四只絕緣柵雙極型晶體管組成的全橋逆變電路，高頻AC/DC 模塊采用四只二極管組成的全橋不控整流電路。具體來說，四只絕緣柵雙極型晶體管為第一絕緣柵雙極型晶體管11、第二絕緣柵雙極型晶體管12、第三絕緣柵雙極型晶體管13和第四絕緣柵雙極型晶體管14，第一絕緣柵雙極型晶體管11、第二絕緣柵雙極型晶體管12導(dǎo)通后串聯(lián)諧振電容8接高頻變壓器原邊正端，第三絕緣柵雙極型晶體管13、第四絕緣柵雙極型晶體管14導(dǎo)通后接高頻變壓器原邊負(fù)端；四只二極管包括第一二極管21、第二二極管 22、第三二極管23和第四二極管對，第一二極管21、第二二極管22串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊正端，第三二極管23、第四二極管M串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊負(fù)端，直流側(cè)輸出端并聯(lián)在第二直流儲能電容9上，該第二直流儲能電容9用以提高輸出的功率。本實用新型的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其輸出級采用三相四橋臂結(jié)構(gòu)適用于三相四線制系統(tǒng)，三相輸入對應(yīng)的三路逆變器的輸出可以采用分開三路輸出或者并聯(lián)的方式輸出以適應(yīng)配電網(wǎng)負(fù)載要求。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其特征在于其三相電路中各單相結(jié)構(gòu)相同且獨立，每相包括輸入級、隔離級和輸出級，所述輸入級由若干相同的功率變換器級聯(lián)而成，功率變換器直流側(cè)連接相應(yīng)的直流儲能電容(1)；所述隔離級包括高頻DC/AC模塊、高頻變壓器和高頻AC/DC模塊；所述輸出級由四橋臂的三相逆變器構(gòu)成，每個逆變功率變換器交流側(cè)對應(yīng)串聯(lián)濾波器O)；三相的輸入采用Y型連接，每相的隔離級的輸出采用并聯(lián)的方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其特征在于所述輸入級的功率變換器的級聯(lián)數(shù)目與輸入側(cè)的電壓相適配，所述功率變換器包括由四個二極管(3)組成的H橋不控整流電路和由電感G)、絕緣柵雙極型晶體管( 和第五二極管(6) 組成的基于boost的功率因數(shù)校正電路，所述H橋不控整流電路輸出直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)晶閘管(7)，直流側(cè)的正端串聯(lián)電感G)，再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)絕緣柵雙極型晶體管(5)，隨后在直流側(cè)的正端串聯(lián)第五二極管(6)，并再在直流側(cè)兩個端線間并聯(lián)直流儲能電容⑴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其特征在于 所述高頻DC/AC模塊采用四只絕緣柵雙極型晶體管組成的全橋逆變電路，高頻AC/DC模塊采用四只二極管組成的全橋不控整流電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其特征在于所述四只絕緣柵雙極型晶體管為第一絕緣柵雙極型晶體管(11)、第二絕緣柵雙極型晶體管 (12)、第三絕緣柵雙極型晶體管(1 和第四絕緣柵雙極型晶體管(14)，第一絕緣柵雙極型晶體管(11)、第二絕緣柵雙極型晶體管(1 導(dǎo)通后串聯(lián)諧振電容(8)接高頻變壓器原邊正端，第三絕緣柵雙極型晶體管(13)、第四絕緣柵雙極型晶體管(14)導(dǎo)通后接高頻變壓器原邊負(fù)端；四只二極管包括第一二極管(21)、第二二極管(22)、第三二極管和第四二極管(M)，第一二極管(21)、第二二極管0 串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊正端， 第三二極管(23)、第四二極管04)串聯(lián)后的連接中點接高頻變壓器的副邊負(fù)端，直流側(cè)輸出端并聯(lián)在第二直流儲能電容(9)上。
專利摘要本實用新型公開了一種用于配網(wǎng)的降壓型電力電子變壓器，其三相電路中各單相結(jié)構(gòu)相同且獨立，每相包括輸入級、隔離級和輸出級，單相的輸入級由若干相同的功率變換器級聯(lián)而成以適應(yīng)高電壓輸入，功率變換器包括不控整流橋和基于boost的功率因數(shù)校正電路；隔離級包括高頻DC/AC模塊、高頻變壓器和高頻AC/DC模塊，每相的隔離級模塊的輸出級采用并聯(lián)模式以適應(yīng)大功率負(fù)載；輸出級由四橋臂的三相電壓源型變換器構(gòu)成，可以根據(jù)負(fù)載的需要實現(xiàn)三路輸出，輸出級變換器還連接有LC濾波器，以提高電壓電流波形質(zhì)量。本實用新型在降低生產(chǎn)成本的同時可以提高轉(zhuǎn)換效率，能夠提高裝置的可靠性，可以適應(yīng)配網(wǎng)的不同負(fù)載要求，提高其在配網(wǎng)使用的靈活性，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號H02M1/42GK201966811SQ201020677460
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者馮祖康, 孫毅超, 孟瑋, 季振東, 翟廣平, 蔣本洲, 趙劍鋒, 鄭必清 申請人:東南大學(xué), 南京立業(yè)電力變壓器有限公司