[发明专利]一种基于三相心式多绕组变压器的直接式交交变换器

说明书

本发明公开了一种基于三相心式多绕组变压器的直接式交交变换器，包括含有三个铁芯柱的三相心式多绕组变压器，和六个级联AC/AC变换器，每个级联AC/AC变换器包括一个或多个双极性直接式AC/AC变换器，本发明中各个双极性直接式AC/AC变换器的输入侧通过变压器磁路进行耦合，能够消除与输出电压同频的电流谐波，避免将其引入变压器一次侧，同时有利于短路电流的抑制，提升了故障处理能力；通过设计变压器变比还能够改变输出电压的电压等级，无需再在变频器后加装变压器。本发明变换器还具有将三相输入电压进行变频，变压和移相，可控性更高，装置运行更灵活的优点。

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，具体涉及一种基于三相心式多绕组变压器的直接式交交变换器。

背景技术

变频作为新一代风电输送系统中的关键环节，起着至关重要的作用。目前应用较广的变频装置主要有两类。一种是基于晶闸管的交交变频器，由于它采用的是半控型器件晶闸管，成本较低，可靠性高，易于实现大规模功率变换。然而其控制不如全控型器件灵活，谐波含量和波形畸变率较高。为实现较高的电能质量需加装额外的滤波和无功补偿装置，这会导致成本的升高。除此以外，基于晶闸管的交交变频器存在换相失败问题，极大限制了故障穿越能力，从而限制了其在工程应用中的性能。二是基于全控型器件的模块化多电平矩阵式变换器——模块化多电平矩阵式换流器(mudular multilevel matric conevrter，M3C)。其自提出之日起便受到学术界的普遍关注。M3C 共有9个桥臂，与传统的交交变频器相比，M3C采用全控型的IGBT，工作模式多样且控制灵活。然而变换器内部存在电容电压平衡问题和换流问题，加大了控制系统设计的复杂程度。总体来说，目前对于M3C的研究尚处于起步阶段，对M3C的应用尚不成熟。因此寻找一种功能强大，控制简单，适用于不同频率电网系统互联的新型交交变换器显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三相心式多绕组变压器的直接式交交变换器，将三相输入电压进行变频，变压和移相。

本发明所采用的技术方案是，一种基于三相心式多绕组变压器的直接式交交变换器，包括含有三个铁芯柱的三相心式多绕组变压器，三相心式多绕组变压器的每个铁芯柱上连接一组绕组，每组绕组均包括一个初级绕组和多个次级绕组，每个初级绕组分别连接输入电压A相、B相、C相中的其中一相，还包括六个级联AC/AC变换器，六个级联AC/AC变换器两两分为一组，每组级联AC/AC变换器输入端连接一组绕组的多个次级绕组，根据每组绕组接入的电压相，对应将三组级联AC/AC变换器设定为A组级联AC/AC 变换器、B组级联AC/AC变换器、C组级联AC/AC变换器，A组中的第一个级联AC/AC变换器正极通过LC滤波器a连接B组中的第一个级联AC/AC 变换器负极，A组中的第一个级联AC/AC变换器负极连接B组中的第一个级联AC/AC变换器正极，B组中的第二个级联AC/AC变换器正极通过LC 滤波器b连接C组中的第一个级联AC/AC变换器负极，B组中的第二个级联AC/AC变换器负极连接C组中的第一个级联AC/AC变换器正极，C组中的第二个级联AC/AC变换器正极通过LC滤波器c连接A组中的第二个级联AC/AC变换器负极，C组中的第二个级联AC/AC变换器负极连接A组中的第二个级联AC/AC变换器正极，A组中第二个级联AC/AC变换器负极分别连接B组中的第一个级联AC/AC变换器负极、C组中的第一个级联AC/AC 变换器负极，LC滤波器a连接A相输出端口正极，LC滤波器b连接B相输出端口正极，LC滤波器c连接C相输出端口正极。

本发明的特点还在于：

LC滤波器a、LC滤波器b、LC滤波器c均包括一端连接级联AC/AC 变换器正极的电感，电感另一端连接电容正极板、输出端口正极，电容负极板连接另一个级联AC/AC变换器负极。

每组级联AC/AC变换器输入端连接一组绕组的多个次级绕组具体连接为：多个次级绕组按数量均等分为两个部分次级绕组，每个部分次级绕组连接一个级联AC/AC变换器输入端。