[发明专利]一种超导储能变流器及其调制方式

摘要

一种超导储能变流器及其调制方式，它通过在电流源变流器的直流端加入增流电路的方式，有效地提高了电流源变流器的输出电流，从而提高了功率输出的范围。它在增流回路的调制方式上采用整流和逆变非对称的方式，改善了增流控制的效果。

主权项

1.一种超导储能变流器，其特征在于，所述超导储能变流器中：第一开关(S1)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)和第六开关(S6)组成电流源变流器(CSC)；第一开关(S1)的阳极与第四开关(S4)的阴极相连，其连接点为第一交流连接点(PA1)；第一开关(S1)与第四开关(S4)构成电流源变流器(CSC)的第一半桥(HB1)；第二开关(S2)的阳极与第五开关(S5)的阴极相连，其连接点为第二交流连接点(PA2)；第二开关(S2)与第五开关(S5)构成电流源变流器(CSC)的第二半桥(HB2)；第三开关(S3)的阳极与第六开关(S6)的阴极相连，其连接点为第三交流连接点(PA3)；第三开关(S3)与第六开关(S6)构成电流源变流器(CSC)的第三半桥(HB3)；第一开关(S1)的阴极、第二开关(S2)的阴极和第三开关(S3)的阴极连接在一起，其连接点为第一直流连接点(PD1)；第四开关(S4)的阳极、第五开关(S5)的阳极和第六开关(S6)的阳极连接在一起，其连接点为第二直流连接点(PD2)；第一交流连接点(PA1)、第一电感(L1)的一端以及第一电容(C1)的一端相互连接；第二交流连接点(PA2)、第二电感(L2)的一端以及第二电容(C2)的一端相互连接；第三交流连接点(PA3)、第三电感(L3)的一端以及第三电容(C3)的一端相互连接；第一电容(C1)的另一端、第二电容(C2)的另一端以及第三电容(C3)的另一端相互连接构成第四交流连接点(PA4)；第一电感(L1)、第二电感(L2)和第三电感(L3)的另一端分别与三相电网的每一相相连；第四电容(C4)的一端与第一直流连接点(PD1)相连；第五电感(L5)的一端与第二直流连接点(PD2)相连；第四电容(C4)的另一端和第五电感(L5)的另一端相互连接，构成第三直流连接点(PD3)；第四电感(L4)的一端与第一直流连接点(PD1)相连；第五电容(C5)的一端与第二直流连接点(PD2)相连；第四电感(L4)的另一端和第五电容(C5)的另一端相互连接，构成第四直流连接点(PD4)；第七开关(S7)的阴极与第三直流连接点(PD3)相连；第七开关(S7)的阳极与第四直流连接点(PD4)相连；超导磁体(SC)的两端分别与第一直流连接点(PD1)和第二直流连接点(PD2)相连；所述第一开关(S1)、第二开关(S2)、第三开关(S3)、第四开关(S4)、第五开关(S5)、第六开关(S6)和第七开关(S7)均为逆阻型开关，或者用逆导型开关串联一个二极管替代所述的逆阻型开关；所述的电流源变流器(CSC)为两电平三相电流源变流器，或采用多电平或多重化的三相电流源变流器来提高功率输出等级；对所述的超导储能变流器的控制方法如下：电流源变流器(CSC)通过空间矢量脉宽调节控制，输出幅值可控的三相高频脉冲电流，该三相高频脉冲电流通过变流器侧的第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)后，滤去高次谐波电流，并在第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)上形成幅值可控的三相电压，该三相电压经过第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)，进一步滤去高次谐波电流，并与电网进行有功和无功的交换；电流源变流器(CSC)的调制采用空间矢量脉宽调制的方式，其开关矢量分为有效矢量和零矢量，其零矢量分为短路零矢量和开路零矢量；在有效矢量状态下，第七开关(S7)关断，电流源变流器(CSC)的电流为第四电感(L4)、第四电容(C4)和超导磁体(SC)上电流之和，第四电感(L4)、第四电容(C4)和超导磁体(SC)上的电流的方向均为流出第一直流连接点(PD1)的方向，通过第四电感(L4)和第四电容(C4)上电流的增流作用，提高了电流源变流器(CSC)的控制输出能力；在短路零矢量下，第一半桥(HB1)、第二半桥(HB2)和第三半桥(HB3)中至少有一个半桥的上、下管全部导通；其充电和放电采用不同的工作模式：在充电状态下，第七开关(S7)断开，第五电感(L5)对第四电容(C4)充电，第五电感(L5)上的电流减小，第四电容(C4)上的电压增加，第四电感(L4)对第五电容(C5)充电，第四电感(L4)上的电流减小，第五电容(C5)上的电压增加；在放电状态下，第七开关(S7)闭合，如果第四电容(C4)、第五电容(C5)上的电压为正，第七开关(S7)导通，第四电容(C4)和第五电容(C5)对第四电感(L4)、第五电感(L5)和超导磁体(SC)充电；如果第四电容(C4)、第五电容(C5)上的电压为负，第七开关(S7)承受反压截止，超导磁体(SC)通过电流源变流器(CSC)续流，第四电容(C4)对第五电感(L5)充电，第五电容(C5)对第四电感(L4)充电；在开路零矢量下，第一半桥(HB1)、第二半桥(HB2)和第三半桥(HB3)的所有上桥臂或下桥臂或所有上下桥臂的开关管全部断开，此时第七开关(S7)闭合，在充电状态下第四电容(C4)和第五电容(C5)上的电压为正，第四电容(C4)和第五电容(C5)对第四电感(L4)、第五电感(L5)和超导磁体(SC)充电，在放电状态下第四电容(C4)和第五电容(C5)上的电压为负，第四电容(C4)和第五电容(C5)对第四电感(L4)、第五电感(L5)和超导磁体(SC)放电。