[发明专利]一种H桥级联变流器的冗余供电电源

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变流器技术领域，具体涉及一种H桥级联变流器的冗余供电电源。

背景技术

H桥级联多电平结构以其电平数多、谐波特性好、易于实现高压大容量等突出优点，在高压变频器、静止同步补偿器(STATCOM)等领域获得了广泛的应用。H桥级联变流器通过将多个H桥链节串联在一起，从而能够实现很高的输出电压(10kV及以上)。在高电压应用场合的工作过程中，每个H桥链节悬浮于不同的电位，彼此之间存在很大的电位差，各H桥单元的供电方式成为一个技术难题，一般的交流取电方案对隔离变压器的耐压水平有很高的要求，实现简单但成本较高，且为防止交流失电必须使用UPS装置才能保证供电的可靠性。同时，出于提高变流器装置可靠性的考虑，通常要求H桥级联变流器具备N-1运行能力，即使出现1个串联的链节故障时，整个装置仍然能够保持正常运行。为保证N-1运行，装置必须对其中的每个H桥链节具备冗余供电能力。

发明内容

本发明的目的是提出一种为H桥级联变流器中各悬浮的H桥链节进行冗余供电的电源装置的方案，以克服现有技术的缺点，降低电源装置绝缘耐压水平的要求，避免交流失电对供电电源的影响从而省去UPS装置，并在N-1运行时为每个H桥链节提供可靠的供电。

设H桥级联变换器每一相包含N个H桥链节(N为H桥级联变流器每一相串联的链节数，N为大于1的整数)，本发明提出的H桥级联变流器的冗余供电电源由3N个结构相同的电源模块构成，每个电源模块包括1个均压电阻R，一个可控开关K，1个DC/AC变换器S1，1个单输入三输出的四绕组隔离变压器T1，3个AC/DC变换器U1、U2、U3，6个输出二极管(D1～D6)，1个直流输入侧以及3个直流输出侧，其中直流输入侧包含两个端子IN+、IN-，3个直流输出侧各包含两个端子，分别为OUT1+、OUT1-，OUT2+、OUT2-和OUT3+、OUT3-。所述电源的直流输入侧的IN+、IN-连接DC/AC变换器S1的输入侧，均压电阻R与可控开关K串联在一起构成可控均压电路，其两端分别连接到S1的正负输入上，S1的输出侧连接到隔离变压器T1的输入绕组，T1的3个输出绕组分别连接AC/DC变换器U1、U2、U3的输入侧，U1、U2、U3的正负输出分别串联一个防反二极管然后连接到各自的输出端(OUT1+、OUT1-，OUT2+、OUT2-和OUT3+、OUT3-)，二极管的方向与电流的流出、流入方向一致(从正的输出端流出，负的输出端流入)。

本发明所述的H桥级联变流器冗余供电电源中，每个电源模块与一个H桥链节相对应，设x相(x＝A、B、C)的第y个链节(y＝1，2，…，N)记为Hxy，与之对应的电源模块记为Pxy。所述电源模块Pxy的直流输入端IN+、IN-分别并联到链节Hxy的直流母线支撑电容的正负极上，均压电阻R与可控开关K构成的可控均压电路用于调节直流母线支撑电容的静态电压平衡，其工作原理为：在H桥级联变流器的启动过程中或处于待机及热备用状态时，当链节Hxy的直流母线电压高于x相(x＝A、B、C)所有链接的平均电压或设定的最高充电电压时，可控开关K导通，将链节Hxy的直流母线电压释放到平均电压或设定的最高充电电压，以保证电源模块Pxy工作于正常的电压范围；其它条件下可控开关K处于关断状态。所述的均压电阻R的选取原则是：可控开关K导通时，在链节Hxy额定的直流母线电压下均压电阻R上消耗的功率远大于电源模块Pxy的额定功率。所述的可控开关K是继电器、MOSFET、IGBT等全控型开关。

所述的电源模块Pxy的三个输出端分别给链节Hxy以及与Hxy最相邻的两个链节提供控制电源。其中与链节Hxy最相邻的两个链节的定义为：(1)当y＝1时，与Hx1最相邻的两个链节为Hx2和Hx3；(2)当1＜y＜N时，与Hxy最相邻的两个链节为Hx(y-1)和Hx(y+1)；(3)当y＝N时，与HxN最相邻的两个链节为Hx(N-1)和Hx(N-2)。所述的冗余供电电源方案中，每个H桥链节Hxy均有3路控制电源输入，分别来自与链节Hxy对应的电源模块Pxy以及与Hxy最相邻的两个链节所对应的电源模块(“最相邻”的定义如上述)，这3路电源输入直接并联在一起为链节Hxy提供控制电源。