[发明专利]基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器

说明书

本发明公开了基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，包括一个或多个三相变压器级联单元，每个三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，每个三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V_Z1…V_ZN和N个负极输出端口V_F1…V_FN，相邻三相变压器级联单元通过负极输出端口连接正极输出端口的形式连接，首个三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，多个LC滤波器的电容端相接后依次连接在末端三相变压器级联单元的负极输出端口，N个LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N个交流电输出端口；能够将三相交流输入电压变换为N相交流输出电压，且输出电压的频率、幅值、相位均独立可控。

技术领域

本发明属于电能变换技术领域，具体涉及基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器。

背景技术

现有的多相输电方式的研究限于相数为3的倍数相如6，12，24相等。因为实现三相与3的倍数相之间的多相变换很容易通过改变三相变压器的接线方式得到，但是，为了避免多相输电线路复杂的换位，又保证各相参数平衡，必须将多相线路的各相导线排列成正多边形，这使得6相及以上多相导线的悬挂困难，杆塔结构复杂，线路造价上升。随着线路相数的增加，多相输电线路的故障组合类型迅速增加，这使故障的分析计算，继电保护的设计及整定增加了难度。此外，多相输电系统中的断路器结构比较复杂，相间过电压倍数较高。由于上述缺点六相及以上多相输电方式的推广应用受到限制。

事实上四相输电系统是最接近于三相的多相系统，也是最小可能的偶数相系统。它既具有多相输电方式的优点又克服了多相输电所存在的缺点。四相输电方式的主要优点是：1.增加一相线路，空间电磁场分布更加均匀，输送容量增加，线路走廊反而减小能提高线路的输送功率密度，节省输送单位容量的投资成本；2.四相线路是偶数相，对称性好，四相导线可以对称地悬挂在单柱杆塔的两侧，杆塔结构简单；3.四相线路可以采用两相邻相运行，可以提高输电系统运行的可靠性与暂态稳定性；4.四相输电线路故障的组合类型远远少于六相及以上多相输电线路，不会给故障分析、继电保护的设计与整定增加太大的困难；5.在远海风电能量输送系统中采用四相同样具有优势，四相输送可以保证检修一条线路时，或一条线路故障时，剩余三相线路能正常工作，保证能量连续传输。故此，四相系统因其独特的优势，具有优秀的研究价值和发展前景。然而传统的方式为，通过变压器将三相变为四相不够灵活，因此寻找一种三相变四相及可实现三相系统和四相系统互联的装置具有重要的价值。

发明内容

本发明的目的是提供基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，能够将三相交流输入电压变换为N相交流输出电压，并且输出电压的频率、幅值、相位均独立可控。

本发明所采用的第一种技术方案是，基于三相变压器级联的三相变N相直接式交交变换器，包括多个三相变压器级联单元，每个三相变压器级联单元输入端均连接三相交流输入电压，每个三相变压器级联单元输出端包括N个正极输出端口V_Z1…V_ZN和N个负极输出端口V_F1…V_FN，其中N不小于3，每个三相变压器级联单元的负极输出端口V_F1到V_FN依次连接其右侧相邻三相变压器级联单元的正极输出端口V_Z1到V_ZN，首个三相变压器级联单元的N个正极输出端口分别连接一个LC滤波器的电感端，多个LC滤波器的电容端相接后依次连接在末端三相变压器级联单元的负极输出端口，N个LC滤波器的电感与电容连接的节点处形成N个交流电输出端口。