[发明专利]一种直流配电网的限流型双向变流装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子、配网以及电能质量领域，尤其是涉及一种直流配电网的限流型双向变流装置。

背景技术

电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。各种电力电子装置广泛应用于电能质量治理、高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动等之中。

在配电领域，灵活、简单的交流配电技术仍然是主要的应用模式。由于易于变压、便于长距离传输及其内在特性使得交流网络一直是电力传输领域的首选。随着日益增长的电能需求，传统的交流电网也不能满足生活和生产的需要，而投资新的大型电厂和建设新的传输线路也需要大量的资金。于是一种能节省投资、提高输电能力、更适合现代电力需求的直流配电网络应运而生。同时，国家正大力发展光伏、风能、微型燃气轮机、燃料电池等多种分布式电源，这些电源都要经过逆变器逆变成交流，接入交流电网，这样的转换环节对能源也会造成一定的浪费。在用户终端方面，但随着技术的进步，以及生产生活质量的不断提高，越来越多的生产生活用电设备，最终采用直流供电方式。特别是智能化的IT用电设备(如计算机等)，其最终用电形式几乎完全采用直流供电；另外，与人民生活密切相关的空调设备、制冷设备(如冰箱等)、甚至电气化机车也越来越多的采用了先进的直流变频电动机作为动力，电动汽车的充电装置也需要将交流电源转换成直流电源供电。而大量的直流用电设备将会产生大量的谐波，对交流系统造成严重的影响。

滤波电路常用于滤去逆变输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除输出电压中的高频谐波。

目前交流配电系统面临着线路损耗大、电压瞬时跌落、电压波动、电网谐波、三相不平衡现象加剧等一系列电能质量问题，迫切需要改变现有的配网结构，从而引入了直流配电网概念。直流配电网具有以下优势：

(1)使得电力电子通信设备、照明负荷等直流用电设备直接或通过一级DC/DC就可接入直流母线，省去了AC/DC环节。

(2)如果选定合适的直流母线电压等级，光伏电池等直流分布式电源就可直接接入母线，而不必通过大量复杂的DC/AC逆变等装置。而对于风力发电等交流分布式电源则也只需一级较为简单的整流环节，再通过DC/DC转换成给定的直流电压即可。

(3)可在直流母线处引入大容量的蓄电池组和超级电容器作为系统备用，一方面可作为电动汽车的动力电池，另一方面也可从一定程度上提高配电系统自身的可靠性。而对于传统交流配电系统，蓄电池组备用电源需要逆变装置才能并网，无疑增加了成本、降低了效率。

三相电压源变换器(VSC)具有直流侧电压可控、功率因数可控以及能量双向流动的特点,是目前运用最为广泛的直流配网的换流器。但是，VSC也存在自身的局限性，首先由三相全桥电路特性可知，它的直流侧电压存在下限，较低压的直流母线无法直接与并网借口相连。其次，当微网内部负荷变化较大时，微网与交流微网之间的交换功率会出现差额，从而导致母线电压突变。最后，当外部交流电网电三相失衡时，VSC调节能力不足，会引起直流侧电压波动。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全可靠、电压变换范围大、抑制电流变化率的直流配电网的限流型双向变流装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种直流配电网的限流型双向变流装置，用以在直流配电网和交流电网之间实现能量的双向传输，该装置包括变压器和三相电压源变换器，该装置还包括限流电路、双向DC/DC变换器和滤波电路，所述的交流电网、三相电压源变换器、双向DC/DC变换器、滤波电路和直流配电网依次连接，所述的限流电路与变压器连接。

所述的双向DC/DC变换器包括第一IGBT、第二IGBT、第一电感、第一电容和第二电容，所述的三相电压源变换器的直流母线正极、第二IGBT、第一电容、第二电容和三相电压源变换器的直流母线负极依次连接，所述的第一电容正极板与第二IGBT的集电极连接，另一端与直流母线负极连接，所述的第一IGBT的集电极与第二IGBT的发射级连接，另一端与直流母线负极连接。

所述的限流电路为三相桥式限流器。