本發(fā)明通常涉及功率電子電路，更具體地講，特別涉及一種功率變換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知的功率變換系統(tǒng)，例如具有變頻器(variablefrequencydrive,vfd)的功率變換器可以用于將來自電網(wǎng)的第一電流變換為第二電流。第二電流可以被提供到另一電網(wǎng)或者電機或者可以從發(fā)電機提供到電網(wǎng)。

許多功率變換系統(tǒng)可以被設(shè)計為包括隔離變壓器，隔離變壓器因尺寸規(guī)格而通常效率非常低。在無變壓器式功率變換系統(tǒng)中，可以使用共模阻抗來代替隔離變壓器中可用的共模特征阻抗。

另外，因為無變壓器式功率變換系統(tǒng)中不存在隔離變壓器，所以需要為無變壓器式功率變換系統(tǒng)提供接地故障保護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個或多個方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是本發(fā)明的擴展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反，該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。

本發(fā)明的一個或多個實施例提供一種功率變換系統(tǒng)，其包括：

一個或多個功率變換裝置，電耦合到電網(wǎng)連接；其中，每個功率變換裝置包括：

功率變換器，用于將由電網(wǎng)連接提供的第一多相電流轉(zhuǎn)換為第二電流；

網(wǎng)側(cè)濾波器，耦合在電網(wǎng)連接與功率變換器的輸入之間；及負(fù)載側(cè)濾波器，耦合到功率變換器的輸出；

其中，網(wǎng)側(cè)濾波器的公共點和負(fù)載側(cè)濾波器的公共點連接在一起以 形成第一節(jié)點，該第一節(jié)點不直接接地。

較佳地，上述功率變換系統(tǒng)為無變壓器式功率變換系統(tǒng)。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該第一節(jié)點通過阻抗連接到地。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，上述阻抗為高阻抗。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器的輸入不通過變壓器連接到電網(wǎng)連接，功率變換器的輸出通過變壓器連接到負(fù)載。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器的輸入通過變壓器連接到電網(wǎng)連接，功率變換器的輸出不通過變壓器連接到負(fù)載。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器的輸入不通過變壓器連接到電網(wǎng)連接，功率變換器的輸出不通過變壓器連接到負(fù)載。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該阻抗包括電感式阻抗、電容式阻抗、電阻式阻抗或者它們的組合。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該阻抗包括第一電阻、第二電阻和電容；第一電阻和電容串聯(lián)連接；第二電阻和串聯(lián)連接的第一電阻和電容并聯(lián)連接在第一節(jié)點和地之間。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該阻抗包括第一電阻、第二電阻、電容和電感；第一電阻、電容和電感串聯(lián)連接；第二電阻和串聯(lián)連接的第一電阻、電容和電感并聯(lián)連接在在第一節(jié)點和地之間。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，每個功率變換裝置還包括：

共模濾波器，耦合于網(wǎng)側(cè)濾波器和功率變換器之間或者耦合于功率變換器和負(fù)載側(cè)濾波器之間。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器包括耦合到網(wǎng)側(cè)濾波器的網(wǎng)側(cè)變換器、耦合到負(fù)載側(cè)濾波器的負(fù)載側(cè)變換器和耦合在網(wǎng)側(cè)變換器和負(fù)載側(cè)變換器之間的dc鏈路；

其中，每個功率變換裝置還包括：

共模濾波器，耦合于網(wǎng)側(cè)變換器和負(fù)載側(cè)變換器之間。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該共模濾波器包括共模扼流器。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器包括電壓源變換器。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，該功率變換器包括多電平變換器。

較佳地，上述功率變換系統(tǒng)還包括：

電動馬達，用于接收第二電流。

較佳地，上述功率變換系統(tǒng)還包括：

發(fā)電機，用于產(chǎn)生第二電流。

較佳地，上述功率變換系統(tǒng)還包括：

變壓器，用于對第二電流進行變壓。

較佳地，在上述功率變換系統(tǒng)中，對于功率變換器的輸入的每個相，該網(wǎng)側(cè)濾波器包括第一電感器、第二電感器、第一電阻器及第一電容器；第一電感器的一端耦合到功率變換器的輸入的相應(yīng)相，第一電感器的另一端通過第二電感器耦合到電網(wǎng)連接的相應(yīng)相；串聯(lián)連接的第一電阻器和第一電容器的一端耦合于第一電感器和第二電感器之間，串聯(lián)連接的第一電阻器和第一電容器的另一端耦合到第一節(jié)點；

其中，對于功率變換器的輸出的每個相，該負(fù)載側(cè)濾波器包括第三電感器、第二電阻器及第二電容器；第三電感器耦合于功率變換器的輸出的相應(yīng)相和負(fù)載的輸入的相應(yīng)相之間；串聯(lián)連接的第二電阻器和第二電容器的一端耦合于第三電感器和負(fù)載的輸入的相應(yīng)相之間，串聯(lián)連接的第二電阻器和第二電容器的另一端耦合到第一節(jié)點。

本發(fā)明一個或多個實施例提供的上述功率變換系統(tǒng)，網(wǎng)側(cè)濾波器的公共點和負(fù)載側(cè)濾波器的公共點連接在一起以形成第一節(jié)點，該第一節(jié)點不直接接地，可以滿足共模設(shè)計要求以及提供接地故障保護。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的功率變換系統(tǒng)的示意性框圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的功率變換裝置的示意性框圖。

圖8是圖1所示功率變換系統(tǒng)的單相共模等效電路圖，該功率變換系統(tǒng)具有兩個功率變換裝置。

具體實施方式

以下將描述本發(fā)明的具體實施方式，需要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。

除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其它元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一示范性實施例的功率變換系統(tǒng)100的示意性框圖。功率變換系統(tǒng)100包括電耦合至電網(wǎng)連接122的n個功率變換裝置102。每個功率變換裝置102包括功率變換器104，功率變換器104可被配置成例如變頻器(variablefrequencydrive,vfd)。功率變換器104用于驅(qū)動耦合到可旋轉(zhuǎn)裝置的負(fù)載106。負(fù)載106以電機作為例子。可旋轉(zhuǎn)裝置可以包括但不限于風(fēng)扇108、泵110、壓縮機112或其它負(fù)載114。

在本示范性實施例中，功率變換系統(tǒng)100以無變壓器式功率變換系統(tǒng)作為例子。即，功率變換器104的輸入不通過變壓器耦合到電網(wǎng)連接122，功 率變換器104的輸出不通過變壓器耦合到負(fù)載106。

在本示范性實施例中，功率變換系統(tǒng)100

通過被構(gòu)造為使提供電壓從傳輸電壓電平壓降到分布電壓電平的壓降變壓器118，功率變換系統(tǒng)100提供有來自電網(wǎng)116的電功率。斷路器120允許將功率變換系統(tǒng)100與電網(wǎng)116隔離。通過例如電網(wǎng)連接122向每個功率變換裝置102供電。每個功率變換裝置102中的斷路器124允許相應(yīng)的功率變換裝置102與電網(wǎng)連接122隔離，以進行功率變換裝置102的正常開啟和關(guān)閉。

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的功率變換裝置402的示意性框圖，功率變換裝置402為圖1所示功率變換裝置102的一個例子。

功率變換裝置402包括網(wǎng)側(cè)濾波器101、負(fù)載側(cè)濾波器105和功率變換器104。功率變換器104用于將多個相44中的第一多相電流轉(zhuǎn)換為第二電流。第二電流通過負(fù)載側(cè)濾波器105提供到負(fù)載106。第一多相電流可以具有三個相。

在一個示范性實施例中，功率變換器104可以包括例如電壓源變換器。

在一個示范性實施例中，功率變換器104可以包括例如多電平變換器。

在本示范性實施例中，功率變換器104可以被配置成例如變頻器(vfd)。功率變換器104包括網(wǎng)側(cè)變換器126、負(fù)載側(cè)變換器130和耦合于網(wǎng)側(cè)變換器126與負(fù)載側(cè)變換器130之間的dc鏈路128。網(wǎng)側(cè)變換器126的輸入通過網(wǎng)側(cè)濾波器101耦合到電網(wǎng)連接122，負(fù)載側(cè)變換器130的輸出通過負(fù)載側(cè)濾波器105耦合到負(fù)載106。

在圖2所示實施例中，網(wǎng)側(cè)濾波器101的公共點和負(fù)載側(cè)濾波器105的公共點，如在下面所描述的，連接在一起以形成第一節(jié)點32。第一節(jié)點32不直接接地。

對于功率變換器104的輸入的每個相44，網(wǎng)側(cè)濾波器101包括第一電感器l1、第二電感器l2、第一電阻器r1和第一電容器c1。第一電感器l1的一端耦合到功率變換器104的輸入的相應(yīng)相44，第一電感器l1的另一端通過第二電感器l2耦合到電網(wǎng)連接122的相應(yīng)相。進一步地，第一電阻器r1和第一電容器c1串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的第一電阻器r1和第一電容器c1的 一端連接在第一電感器l1和第二電感器l2之間，串聯(lián)連接的第一電阻器r1和第一電容器c1的另一端連接到第一節(jié)點32。串聯(lián)連接的第一電阻器r1和第一電容器c1與第一節(jié)點32之間的連接點是網(wǎng)側(cè)濾波器101的公共點。

網(wǎng)側(cè)濾波器101用于基本上減小功率變換器104的ac信號輸入內(nèi)的波動。在一示范性實施例中，網(wǎng)側(cè)濾波器101可以包括例如正弦濾波器，正弦濾波器可以基本上減小電流和電壓諧波，并限制過電壓。

對于功率變換器104的輸出的每個相45，負(fù)載側(cè)濾波器105包括第三電感器ldv、第二電阻器r2及第二電容器c2。第三電感器ldv耦合在功率變換器104的輸入的相應(yīng)相45和負(fù)載106的輸入的相應(yīng)相之間。進一步地，第二電阻器r2與第二電容器c2串聯(lián)連接。串聯(lián)連接的第二電阻器r2和第二電容器c2的一端耦合于第三電感器ldv和負(fù)載106的輸入的相應(yīng)相之間，串聯(lián)連接的第二電阻器r2和第二電容器c2的另一端耦合到第一節(jié)點32。串聯(lián)連接的第二電阻器r2和第二電容器c2與第一節(jié)點32之間的連接點是負(fù)載側(cè)濾波器105的公共點。

負(fù)載側(cè)濾波器105用于基本上減小功率變換器104的ac信號輸出內(nèi)的波動。在一個示范性實施例中，負(fù)載側(cè)濾波器105可以包括例如dv/dt濾波器，dv/dt濾波器可以基本上減小電壓隨時間的變化率(dv/dt)，并限制過電壓。

功率變換裝置102還包括共模濾波器103。在示范性實施例中，共模濾波器103耦合于網(wǎng)側(cè)濾波器101和功率變換器104之間。在另一示范性實施例中，共模濾波器103耦合于功率變換器104與負(fù)載側(cè)濾波器105之間。在本示范性實施例中，共模濾波器103可以包括例如共模扼流器。

功率變換裝置102還包括耦合于第一節(jié)點32和地之間的阻抗zn。在本示范性實施例中，阻抗zn可以包括例如電感、電容、電阻或者它們之間的組合。在其它的實施例中，第一節(jié)點32直接接地，也即，第一節(jié)點32不經(jīng)過阻抗連接到地。

在本示范性實施例中，阻抗zn可以是例如高阻抗。

在本示范性實施例中，負(fù)載106可以包括例如電機，電機用于接收第二電流。在其它的示范性實施例中，負(fù)載106可以包括例如變壓器，變壓器用于對第二電流進行變壓。

圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的功率變換裝置502的示意性框圖，功率變換裝置502可以是圖1所示功率變換裝置102的示例。圖3所示功率變換裝置502和圖2所示功率變換裝置402之間的區(qū)別在于功率變換裝置502可以包括發(fā)電機68，發(fā)電機68用于產(chǎn)生第二電流，如在圖2中所描述的。例如，發(fā)電機68可以連接到水力發(fā)電站或潮汐發(fā)電站的渦輪機或者連接到風(fēng)機。

圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的功率變換裝置602的示意性框圖，功率變換裝置602作為圖1所示功率變換裝置102的示例。在圖4的實施例中，阻抗zn包括第一電阻r3、第二電阻r4和電容c3；第一電阻r3和電容c3串聯(lián)連接；第二電阻r4和串聯(lián)連接的第一電阻r3和電容c3并聯(lián)耦合于第一節(jié)點32與地之間。

圖5是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的功率變換裝置702的示意性框圖，功率變換裝置702作為圖1所示功率變換裝置102的示例。在圖5的實施例中，阻抗zn包括第一電阻r3、第二電阻r4、電容c3和電感l(wèi)3；第一電阻r3、電容c3和電感l(wèi)3串聯(lián)連接；第二電阻r4和串聯(lián)連接的第一電阻r3、電容c3和電感l(wèi)3并聯(lián)耦合于第一節(jié)點32和地之間。

圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實施例的功率變換裝置802的示意性框圖。功率變換裝置802作為圖1所示功率變換裝置102的示例。圖6所示功率變換裝置802和圖2所示功率變換裝置402之間的區(qū)別在于第一節(jié)點32沒有通過阻抗zn連接到地。在其它的實施例中，第一節(jié)點32直接接地。在圖6的實施例中，功率變換器104的輸入通過變壓器45耦合到電網(wǎng)連接122，功率變換器104的輸出不通過變壓器耦合到負(fù)載106。在其它的實施例中，第一節(jié)點32直接接地。

圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的功率變換裝置902的示意性框圖，功率變換裝置902作為圖1所示功率變換裝置102的示例。圖7所示功率變換裝置902和圖2所示功率變換裝置402之間的區(qū)別在于第一節(jié)點32未通過阻抗zn連接到地。在其它的實施例中，第一節(jié)點32直接接地。在圖7的實施例中，功率變換器104的輸入不通過變壓器耦合到電網(wǎng)連接122，功率變換器 104的輸出通過變壓器45連接到負(fù)載106。在其它的實施例中，第一節(jié)點32直接接地。

圖8為圖1所示功率變換系統(tǒng)100的單相共模等效電路圖，功率變換系統(tǒng)100具有兩個功率變換裝置102，例如功率變換裝置1和功率變換裝置2。在本示范性實施例中，在每個功率變換裝置102內(nèi)，功率變換器104包括交流轉(zhuǎn)直流變換器202、直流鏈路204、直流轉(zhuǎn)交流變換器206；交流轉(zhuǎn)直流變換器202的輸入電耦合至電網(wǎng)連接122，交流轉(zhuǎn)直流變換器202的輸出電耦合至直流鏈路204；直流轉(zhuǎn)交流變換器206的輸入電耦合至直流鏈路204，直流轉(zhuǎn)交流變換器206的輸出電耦合至對應(yīng)的電機106。

功率變換系統(tǒng)100的特征阻抗包括電網(wǎng)感抗228。每個功率變換裝置102內(nèi)的特征阻抗包括網(wǎng)側(cè)濾波器101的阻抗、共模感抗234、負(fù)載側(cè)濾波器105的阻抗及負(fù)載側(cè)電纜244的容抗242。網(wǎng)側(cè)濾波器101的阻抗包括第一線感抗230、第二線感抗232及輸入容抗238。負(fù)載側(cè)濾波器105的阻抗包括驅(qū)動感抗236及輸出容抗240。輸入容抗238與輸出容抗240之間的連接點通過阻抗zn接地。輸入容抗238與輸出容抗240之間的連接點可以是圖2所示的第一節(jié)點32。

在圖8所示實施例中，阻抗zn為高阻抗，阻抗zn用于限制接地故障電流，以預(yù)防設(shè)備損壞及電弧(或電火花)造成的危害。尤其是，對于特殊情況，例如在煤礦的粉塵等易爆炸性環(huán)境中，接地故障電流的最大值被嚴(yán)格地限制以防止爆炸。

共模感抗234被設(shè)計成能吸收變換器202、206產(chǎn)生的高頻共模電壓，其阻抗主導(dǎo)/支配著包括濾波容抗238、240的電壓環(huán)路，這個電壓環(huán)路不包括高阻抗zn。因此，即使當(dāng)功率變換系統(tǒng)100被高阻抗接地時，電網(wǎng)側(cè)及電機側(cè)的共模電壓壓力通常會得到降低并且能夠滿足相關(guān)的合規(guī)性要求。共模感抗234以共模扼流器的阻抗作為舉例。

共模感抗234以及高阻抗zn被設(shè)計成滿足所有的共模設(shè)計要求以及提供接地故障保護。

雖然結(jié)合特定的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識到，權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。