[发明专利]一种具有多绕组隔离变压器的电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变压器。

背景技术

电力变压器是电力系统的基本组成设备。其突出优点是制作工艺简单、可靠性高、价格低廉；但是这种电力变压器仅能实现单一的电压等级变换、电能的隔离传递，但是由于铁磁元件的非线性造成了电网电压和电流的畸变产生谐波污染，而且不能维持次级电压恒定，不具备对电压、电流的连续调节和综合控制能力，不能实现与电网其他设备的互动，不能满足未来智能电网的要求。电力电子变压器是随着电力电子的技术进步而出现的一种新型智能化的可用于电力系统电能变换和传递的新型电力设备。自上个世纪70年代以来，国内外研究人员已经提出了多种具体的实施方案。如：美国GE公司首先提出了一种具有高频链接的AC/AC变换电路；2000年，在ABB公司的支持下，美国密苏里大学罗拉分校(University of Missouri Rolla)和普度大学(Purdue University)研制成功10kVA，单相7200V/240V电力电子变压器的实验样机；美国威斯康星大学麦迪逊分校(Universityof Wisconsin Madison)研制成功10kW，三相230V/230V的电力电子变压器实验样机。美国电力科学研究院(EPRI)在2001年提出“Intelligrid”(智能电网)的概念后，就已开始研究智能电网所需的智能配电设备技术，经过深入调研，就将基于现代电力电子技术的智能通用变压器(Intelligent Universal Transformer；IUT)作为其智能配电网中的重要研发工作之一，于2005年采用HV-IGBT研制出2.4kV，20kVA的智能通用变压器样机，2008年开始研制100kVA 15kV样机，目前正在进行中。其目标就是研制和推广使用智能通用变压器，取代目前广泛使用传统的配电电力变压器，使其成为未来智能电网的关键设备和组成部分。

中国专利ZL 02139030.4、ZL200510019091.4、ZL200910025824.3等电力电子变压器具有各自特点，但是这些实现方案中，级联主电路拓扑结构中均采用与高压输入级联个数同样个数的单一输入绕组、单一输出绕组的隔离变压器实现隔离链接及同样级数的低压输出级。这些结构的不足在于，在实现高电压输入情况下，给多级级联的电力电子变压器在控制、安装等工程实现过程增加了复杂度和制造成本。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种具有多输入绕组单输出绕组隔离变压器链接的电力电子变压器，本发明不仅可以实现一般传统电力变压器的功能，而且还能保障次级供电电压恒定，同时具备对电压电流的连续调节和综合控制能力，可以实现能量的双向流动以及与电网其他设备的互动，能够满足未来智能电网的需求。

本发明具有多输入绕组单输出绕组隔离链接变压器的电力电子变压器由m组具有多输入绕组单输出绕组隔离变压器链接的电力电子变压器基本单元模块(1≤m≤3)和一组低压输出级组成。高压输入级，隔离链接级组成所述的电力电子变压器基本单元模块。一组基本单元模块和一组低压输出级可构建一台单相输入，三相四线输出的电力电子变压器。所述的基本单元模块用于构建三相输入的电力电子变压器时，三个基本单元模块拓扑结构相同并且独立。每个基本单元模块由高压输入级、隔离链接级组成。高压输入级采用n组H桥型功率转换模块级联(n为大于1的整数)。输入电压从高压输入级的H桥型AC-DC功率转换模块的交流电感的输入端输入，高压输入级H桥型功率AC-DC转换模块的直流输出端与隔离链接级中的H桥型DC-AC功率转换模块的直流输入端连接，隔离链接级中的H桥型AC-DC功率转换模块的直流输出端与低压输出级DC-AC的直流输入端连接。

高压输入级采用n组H桥型AC-DC功率转换模块级联，每个级联H桥型功率转换模块的交流输入侧串联连接一支交流输入电感，级联H桥型功率转换模块的直流输出侧并联连接一支直流储能电容器。隔离链接级由一组具有n组输入绕组，一组输出绕组的隔离变压器，n组H桥型DC-AC功率转换模块、一组H桥型AC-DC功率转换模块，以及直流侧储能电容器组成，H桥型DC-AC功率转换模块的个数与隔离变压器输入绕组的组数、高压输入级的H桥型AC-DC功率转换模块的级联个数相同。隔离变压器可为中频或高频变压器。低压输出级由一组连接在公共直流母线上的DC-AC功率转换模块组成，所述的DC-AC功率转换模块的输出端连接一组LC滤波器。