[发明专利]由开关变压器模块构成的高压交流电(网)控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于任意高电压、任意大电流调节的由开关变压器模块构成的高压交流电(网)控制装置，它属于电力电子技术领域，可用于许多需要大功率调节的场合，特别是适于高压交流电力网的调节，使之由交流不可控电网变为交流可控电网。

背景技术

我们知道，晶闸管串并联技术的可靠性是制约其功率升级和广泛应用的关键问题。假如这个障碍不存在、电力电子装置的容量可以做到任意大，则交流电网不可控的问题可以解决而成为交流可控电网，各条线路之间几乎互不影响，一条线路的短路故障就不会波及整个电网，类似北美电网的大事故就不会发生，电网的控制和管理将发生一个质的突变，线路输送能力可以大幅度提高。因此研制新型的大功率电力电力器件对电网的控制和管理是至关重要的。

但是，研制新型大功率电力电子器件关系材料、电子等多学科的技术发展，其道路非常艰难。要求的电压越高、电流越大其研制就越困难。近些年出现的绝缘栅极晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT等新型电力电子器件虽然解决了某些技术问题，但是在耐压和容量方面与高速发展的大型电力设施的调控需求相比，还远远无法满足需要。由此我们另辟新路，发明了开关变压器模块来解决这一难题。

发明内容及有益效果

本发明要解决的技术问题是提供一种高可靠性的高电压大电流开关变压器模块构成的高压交流电(网)控制装置。

开关变压器模块独辟溪径，它把变压器技术和晶闸管技术相结合，构成了一个可以承受任意高电压、任意大电流的电力电子开关组件。开关变压器模块是对晶闸管串联技术的改进(摒弃)同时又具有可以直接并用的优点，因而它极大地提高了由开关变压器模块构成的电力电子装置的容量和可靠性，使该类电力电子装置可以更广泛地应用在各种工业领域。

本发明提供一种由开关变压器模块构成的高压交流电(网)控制装置，其开关变压器模块的特征在于包括：一台三相变压器(TK)和数只电力电子器件(例如SCR)；变压器原边(初级)绕组的一端接交流电源(Ui)，另一端接输出(Uo)，变压器付边(次级)绕组的两端接正反并联的电力电子器件(例如SCR)，这是该模块的基本构成(为了图面清楚，图中用单线图画出)。保护电路RC和压敏电阻YM是用于对电力电子器件(例如SCR)提供保护(为了图面清楚，在本专利文件的有些附图中将该保护电路略去)。变压器的原边绕组按被控的交流电压要求绕制，变压器付边绕组按单只电力电子器件的耐压要求绕制，由于变压器原边绕组的电压可以任意高，因此被控电压可以做到任意高；这样一只器件就可以替代许多只器件的串联，解决了元器件串联的低可靠性问题。当所需调节电流较大时，可以采取增加付边绕组(多副绕组)和电力电子器件数量(并用)的方法来解决；也可以采取模块并用的方法来解决。由于变压器自身漏抗的均流作用，使该模块并用技术的均流效果非常好，解决了其它方式并联均流的可靠性问题，因此调节电流可以做到任意大，这样模块的调节功率就可以任意大。当电力电子器件采用半控器件(例如SCR)时，可以得到高电压大电流半控模块，其控制方法可以是相位控制。当电力电子器件采用全控器件(例如VMOS、IGBT等)时，可以得到高电压大电流全控模块，其控制方法可以是脉宽调制控制(PWM)。由于串并联问题都得到了解决，可以说找到了一种“完美”的大功率电力电子“器件”。

当由开关变压器模块构成交流电(网)控制装置时，只要为其增加主控单元、触发单元、传感器单元即可构成开环或闭环的交流电(网)控制装置。

主控单元可由计算机系统构成，例如可编程序控制器(PLC)、工控机、单片机等；触发单元则根据所用电力电子器件选择；传感器单元一般为电压互感器和电流互感器，它为计算机系统提供电压信号和电流信号，从而构成以电压或电流为控制量的闭环控制系统。

在各条线路上装设由开关变压器模块构成的交流电(网)控制装置，则各条线路可控进而整个电网可控，整个电网的稳定控制和自动化是非常方便的。于是大面积停电不会发生、次同步谐振不会发生、线路输送容量可以大幅度提高、输电设备可以免受开关过电压的伤害而寿命大大提高、1000KV交流输电将大面积应用、……。

附图说明

结合附图可清楚地了解本发明的特点及其对当前电力系统的意义。

图1是由开关变压器模块构成的交流电(网)控制装置应用的基本电路；

图2是适用于大功率控制的多副绕组开关变压器模块(电力电子器件并用)的交流电(网)控制装置的基本电路；

图3是适用于超大功率控制的多副绕组开关变压器模块并用的交流电(网)控制装置的基本电路。