[发明专利]高压配电用电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变压器，特别涉及一种高压配电用三相电力电子变压器。

背景技术

传统的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。但是传统的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。另外，由于铁磁元件的非线性容易造成电网电压和电流的畸变，产生谐波污染；而且负载发生变化时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电力设备。

在已有的电力电子变压器拓扑当中，美国专利US 2006/0221653A1和US 7050311B2在高压输出侧采用了二极管箝位式的三电平结构，这一结构大大限制了其在电力系统配电网尤其是高压配电网的应用。美国专利US 2006/0028848A1则在高压侧采用了三个多绕组工频变压器，大大增加了电力电子变压器的体积和重量。而美国专利US 005943229A、欧洲专利EP 0989016A2、中国专利200910025824.3、200910184407.3、02139030.4、实用新型专利ZL02290343.7均采用了很多个中频或高频变压器，且三相变压器时其高压侧均是由单相变流器星接构成，没有发挥三相变流器的优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有高压配电用电力电子变压器的缺点，减小装置的体积和重量，提高电能转换效率。本发明不仅可以实现传统配电变压器的变压、隔离、能量传递等功能外，还能够根据需要为电网提供无功补偿，保证次级输出电压恒定，隔断高压侧电网与低压侧用户故障，具备对电压电流的连续调节和综合控制能力，当与新能源发电设备互连时可以实现用户侧不间断供电，实现与电网其他设备的互动。

本发明高压配电用三相电力电子变压器由输入级、隔离级和输出级三个部分组成。输入级为三相三线制，主电路为级联式模块化变流器；级联式模块化变流器的三个输入端与三相交流电网直接相连，实现AC-DC变换。级联式模块化变流器的两个输出端连接到由多个第一低压直流母线电容串联构成的高压直流母线电容的正负极；高压直流母线电容的正负极与隔离级的输入串联输出并联的多个隔离型DC-DC变换器的输入端相连，实现DC-DC变换。隔离级由多个隔离型DC-DC变换器组成，隔离级的每个隔离型DC-DC变换器的输入端与高压直流母线电容中的一个第一低压直流母线电容的正负极相连；隔离级的每个隔离型DC-DC变换器的输出端均与第二低压直流母线电容的正负极相连为一个或多个单相或三相的共用直流母线的逆变器提供直流电源，实现DC-AC变换。输出级由连接在共用直流母线上的一个或多个单相或三相逆变器组成。

本发明高压配电用三相电力电子变压器具有以下特点：

1.可以实现传统电力配电变压器的变压、隔离、能量传递等等基本功能；

2.输入级采用三相结构的级联式模块化变流器，只要串联足够的第一低压功率单元，可以承受非常高的电压。同时，三相结构的变流器可以克服由单相变流器星形连接构成三相变流器时输出侧并联带来的环流问题。

3.本发明用于三相系统时只需要在高压直流侧采用多个中频或高频变压器，而不是在三个单相变流器中均采用中频或高频变压器。相对于现有的通过在三个单相电力电子变压器构成三相电力电子变压器的拓扑，能够减小中频或高频变压器的数量、体积以及重量。

4.由现有的单相电力电子变压器构成三相电力电子变压器时，由于单相电路的瞬时有功功率必然存在电网电压二倍频的波动，每相输入级的AC-DC模块直流母线上一般需要另外附加无源滤波器消除电网电压二倍频的电压波动。而本发明由于直接与三相电网相连，当电网电压平衡时三相系统的瞬时有功功率为恒定量，直流母线电压不存在波动，因此也就不需要无源滤波器。这也进一步减小了系统的体积和重量。

5.本发明可以实现负荷与供电系统的隔离，可以根据需要为电网侧提供无功补偿或者有源滤波功能，提高了供电系统的电能质量和运行的可靠性。

6.本发明可以自动调节输出级的供电电压，保证用户端供电电压不随负荷变化而变化。当供电电网发生故障或者设备维修时，本发明直流母线可以与新能源等发电设备相连接，保证用户端的不间断供电，能够极大地提高用户和用电设备的稳定性和可靠性。

7.本发明可以十分方便地实现运行状态的在线监测，与其它用电设备的相互通讯及协调控制，为数字化电站和智能电网的建设与完善提供了更多灵活性。

附图说明