[发明专利]具有AC和DC功率能力的混合配电变压器

说明书

技术领域

本发明涉及变压器并且更具体涉及一种利用功率电子器件的混合配电变压器。

背景技术

现代社会向数字时代的转变需要开发高质量电力的更可靠供应。在向最终用户供电时的不可或缺部件是配电变压器。常规配电变压器将一个电压的电力转换成值更高或者更低的另一电压的电力。变压器使用初级绕组和次级绕组来实现这一电压转换，各绕组缠绕于铁磁芯上并且包括电导体的多匝。在如今的日常配电系统中运用的常规配电变压器不能保护数字负载免受不良功率质量、比如衰落/浪涌/失真。估计电压扰动让全球工业每年耗费数以百万计美元。

系统有时连接到配电线路以提高功率质量。这样的系统的示例包括动态电压恢复器(DVR)和静态VAR补偿器(SVC)。DVR在电压供应衰落或者峰值期间维持或者恢复操作电负载，而SVC在功率网络上提供快速反应的电抗功率补偿。DVR和SVC经常是连接到常规配电变压器并且与这些变压器一起使用的“附加”系统。

近来已经提出组合电子器件与常规配电变压器以提高功率质量。本发明涉及这样的变压器。

发明内容

根据本发明提供一种混合变压器。该混合变压器具有用于从电源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧。混合变压器包括AC-AC转换器、铁磁芯以及缠绕于芯周围的第一、第二和第三绕组。第一、第二和第三绕组中的至少一个绕组是用于连接到电源的初级绕组，并且第一、第二和第三绕组中的至少一个绕组是用于连接到负载的次级绕组。AC-AC转换器包括连接到第一绕组的第一切换桥接器、与第二绕组串联连接的第二切换桥接器和连接于第一与第二切换桥接器之间的DC桥接器以及控制器。控制器可操作用于控制第一和第二切换桥接器以控制混合变压器的初级侧上的功率因子并且在输入电压改变的情况下减少输出电压的变化。

根据本发明也提供另一混合变压器，该混合变压器具有用于从电源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧。混合变压器包括铁磁芯以及缠绕于芯周围的第一和第二绕组。第一绕组具有相对末端、设置于末端之间的多匝以及连接到匝之一的抽头。抽头有助于限定第一绕组的绕组部分。第一和第二绕组之一是用于连接到电源的初级绕组，并且第一和第二绕组中的另一绕组是用于连接到负载的次级绕组。功率电子模块连接到第一绕组的抽头。控制设备可操作用于控制功率电子模块以调节输出电压的变化并且控制混合变压器的初级侧上的功率因子。

附图说明

本发明的特征、方面和优点参照下文描述、所附权利要求和以下附图将变得更好理解，其中：

图1示出了根据本发明第一实施例构造的第一混合变压器的示意电路；

图2示出了根据本发明第二实施例构造的第二混合变压器的示意电路；

图3示出了在第一混合变压器中使用的第一AC-AC转换器的示意电路；

图4示出了在第二混合变压器中使用的第二AC-AC转换器的示意电路；

图5示出了通过脉宽调制形成的正弦波形的示意图；

图6示出了锁相环的功能框图；

图7示出了用于电流a(和a虚)-dq变换的功能框图；

图8示出了d-q矢量控制的功能框图；

图9示出了用于D-Q到a(a虚)变换的功能框图；

图10示出了用于为第一AC-AC转换器生成门控信号的功能框图；

图11示出了用于第二AC-AC转换器的门控信号的功能框图；

图12示出了用于输出电压a-dq变换的功能框图；

图13示出了用于d-q电压控制的功能框图；

图14示出了用于d-q参考电压到abc轴的功能框图；

图15示出了用于第一AC-AC的SPWM调制；

图16示出了用于第二AC-AC转换器的SPWM调制；

图17示出了根据本发明第三实施例构造的第三混合变压器的示意电路；

图18示出了根据本发明第四实施例构造的第四混合变压器的示意电路；

图19示出了可以在图17和图18中所示第三和第四混合变压器中使用的功率电子模块的示意电路；

图20示出了具有IED和通信链路的混合变压器的示意电路；

图21示出了具有电池组的第一AC-AC转换器的示意电路；

图22示出了根据本发明构造的三相混合变压器的示意电路；

图23示出了本发明的仿真混合变压器的瞬态电压调节能力的绘图；