CN106100361B - 一种交直流变换电路及电力电子变压器 - Google Patents

一种交直流变换电路及电力电子变压器 Download PDF

Info

Publication number
CN106100361B
CN106100361B CN201610483335.2A CN201610483335A CN106100361B CN 106100361 B CN106100361 B CN 106100361B CN 201610483335 A CN201610483335 A CN 201610483335A CN 106100361 B CN106100361 B CN 106100361B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
change
switching device
current
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610483335.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106100361A (zh
Inventor
邓占锋
滕乐天
陆振纲
宋洁莹
赵国亮
尉志勇
蔡林海
王志凯
葛菁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Global Energy Interconnection Research Institute
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Global Energy Interconnection Research Institute filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201610483335.2A priority Critical patent/CN106100361B/zh
Publication of CN106100361A publication Critical patent/CN106100361A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106100361B publication Critical patent/CN106100361B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明提供了一种交直流变换电路，通过耦合单元将三相瞬时功率耦合相加，有效抵消了各相桥臂上的基频和二倍频波动，无需再为抑制单相波动功率而在每个换流子单元上安装大容量电容器，大大减小了交直流变换电路的体积，如果将该交直流变换电路应用于电力电子变压器，同样能够有效减小电力电子变压器的体积，降低其造价。

Description

一种交直流变换电路及电力电子变压器
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种交直流变换电路及电力电子变压器。
背景技术
电力电子变压器又称固态变压器，是近年来随着电力电子技术发展而引起人们关注的新型电网配电变压装置。它采用最新的电力电子变流技术，将工频交流电转换为高频交流电或直流电，然后用高频变压器进行隔离，以实现电压电流的变换，最后将高频交流电转换为工频交流电或者将直流电逆变为工频交流电，供电网用户使用。电力电子变压器除了具备常规变压器的变压、隔离、能量传递等功能外，还具备无功补偿、谐波治理、电网互联、新能源并网等功能，有望在未来电网中得到广泛应用。
现有技术中，传统的多电平拓扑的电力电子变压器的三相均包括上桥臂和下桥臂，每个桥臂包含多个级联的子模块，每个子模块可以包括H桥或者半桥整流电路。通过控制上、下桥臂投入子模块的数量进行单相电压控制。因为单相存在功率波动，为了降低单相波动功率造成的电压波动，通常需要在每个子模块上安装直流电容器来抑制单相波动功率造成的电压波动，但由于单相波动功率造成的直流电压波动较大，只能增大单相电容器容量以有效抑制单相波动功率，而容量的增大又会带来直流电容器体积的增大和成本的增加，进而导致整个电力电子变压器占地面积大，造价高。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的电力电子变压器占地面积大，造价高。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种交直流变换电路，包括至少一组交直流转换模块，每组所述交直流转换模块中包括至少一条转换支路，每条所述转换支路包括：
多个换流子单元，分别对应三相交流电；
多个第一DC/AC转换单元，分别与所述换流子单元的直流侧或者所述换流子单元的直流侧串联或者并联后构成的总直流侧连接；
耦合单元，将每相中的所述第一DC/AC转换单元输出的瞬时功率耦合相加以消除单相中的所述瞬时功率的波动；
至少一个AC/DC转换单元，与所述耦合单元的一个或者多个输出端连接；
且所述交直流转换模块中同一相的相邻所述换流子单元间级联连接，交流接口从每相中的所述换流子单元的交流侧引出，与对应相的交流电连接。
本发明实施例所述的交直流变换电路，每条所述转换支路中的AC/DC转换单元的输出端串联或者并联，并将串联或者并联后的所述AC/DC转换单元的输出端作为隔离转换直流接口。
本发明实施例所述的交直流变换电路，所述耦合单元包括至少一个变压器，所述变压器的原边侧包括多个原边绕组，分别与其对应的所述第一DC/AC转换单元的输出端或者多个第一DC/AC转换单元串联或者并联后的总输出端连接，副边侧包括至少1个副边绕组，每个所述副边绕组的输出端或者多个所述副边绕组串联或者并联后的输出端作为所述耦合单元的输出端，与所述AC/DC转换单元的输入端连接。
本发明实施例所述的交直流变换电路，所述换流子单元(11)包括至少一个第一换流子电路或第二换流子电路或第三换流子电路或第四换流子电路；
所述第一换流子电路包括第一开关器件(T1)、第二开关器件(T2)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)；所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)串联，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)分别与所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)反并联，所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)的公共端与所述第二二极管(D2)的阳极作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第一二极管(D1)的阴极和所述第二二极管(D2)的阳极作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第二换流子电路包括第五开关器件(T1)、第六开关器件(T2)、第三开关器件(T3)、第四开关器件(T4)、第五二极管(D1)、第六二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；所述第五开关器件(T1)和所述第三开关器件(T3)的串联支路与所述第六开关器件(T2)和所述第四开关器件(T4)的串联支路并联连接，所述第五二极管(D1)、所述第六二极管(D2)、所述第三二极管(D3)和所述第四二极管(D4)分别与所述第五开关器件(T1)、所述第六开关器件(T2)、所述第三开关器件(T3)和所述第四开关器件(T4)反并联，所述第五开关器件(T1)和所述第三开关器件(T3)的公共端与所述第六开关器件(T2)和所述第四开关器件(T4)的公共端作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述两个串联支路并联连接后的公共端作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第三换流子电路包括第七开关器件(T1)、第八开关器件(T2)、第九开关器件(T3)、第七二极管(D1)、第八二极管(D2)、第九二极管(D3)和第十二极管(D4)；所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)串联连接，所述第七二极管(D1)和所述第八二极管(D2)分别与所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)反并联，所述第九二极管(D3)和所述第九开关器件(T3)反并联，且所述第九二极管(D3)的阳极同时与所述第八二极管(D2)的阳极连接，所述第九二极管(D3)的阴极同时与所述第十二极管(D4)的阳极连接，所述第十二极管(D4)的阴极与所述第七二极管(D1)的阴极连接，所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)的公共端与所述第九开关器件(T3)的集电极作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第七二极管(D1)的阴极和所述第九二极管(D3)的阳极作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第四换流子电路包括第十开关器件(T1)、第十一开关器件(T2)、第十二开关器件(T3)、第十三开关器件(T4)、第十四开关器件(T5)、第十一二极管(D1)、第十二二极管(D2)、第十三二极管(D3)、第十四二极管(D4)、第十五二极管(D5)、第十六二极管(D6)和第十七二极管(D7)；所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)串联连接，所述第十一二极管(D1)和所述第十三二极管(D3)分别与所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)反并联；所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)串联连接，所述第十二二极管(D2)和所述第十四二极管(D4)分别与所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)反并联；所述第十四开关器件(T5)的发射极与所述第十三二极管(D3)的阳极连接，所述第十四开关器件(T5)的集电极与所述第十二二极管(D2)的阴极连接，所述第十五二极管(D5)与所述第十四开关器件(T5)反并联；所述第十六二极管(D6)的阳极与所述第十五二极管(D5)的阴极连接，所述第十六二极管(D6)的阴极与所述第十一二极管(D1)的阴极连接，所述第十七二极管(D7)的阳极与所述第十四二极管(D4)的阳极连接，所述第十七二极管(D7)的阴极与所述第十三二极管(D3)的阳极连接，所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)的公共端与所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)的公共端作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第十一二极管(D1)的阴极和所述第十三二极管(D3)的阳极作为所述换流子单元(11)的一个直流侧，所述第十二二极管(D2)的阴极和所述第十四二极管(D4)的阳极作为所述换流子单元(11)的另一个直流侧。
本发明实施例所述的交直流变换电路，所述换流子单元包括至少一个组合换流子电路；
所述组合换流子电路由所述第一换流子电路、所述第二换流子电路、所述第三换流子电路和所述第四换流子电路中的任意两个或者多个组合构成。
本发明实施例所述的交直流变换电路，还包括至少一个直流电容器，与所述AC/DC转换单元的输出端，或者串联或者并联后的所述AC/DC转换单元的输出端连接，并将所述直流电容器的输出端作为隔离转换直流接口。
本发明实施例所述的交直流变换电路，每相级联连接的所述换流子单元的总正极连接在一起作为直流接口的正极，每相级联连接的所述换流子单元的总负极连接在一起作为直流接口的负极。
本发明实施例所述的交直流变换电路，还包括第二DC/AC转换单元，与所述隔离转换直流接口连接,并将所述第二DC/AC转换单元的输出端作为隔离转换交流接口。
本发明实施例还提供了一种电力电子变压器，包括上述交直流变换电路。
本发明实施例技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种交直流变换电路，通过耦合单元将三相瞬时功率耦合相加，有效抵消了各相桥臂上的基频和二倍频波动，无需再为抑制单相波动功率而在每个换流子单元上安装大容量电容器，大大减小了交直流变换电路的体积，如果将该交直流变换电路应用于电力电子变压器，同样能够有效减小电力电子变压器的体积，降低其造价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中交直流变换电路的一个具体实例的结构框图；
图2为本发明实施例1交直流变换电路中变压器的一个具体实例的电路原理图；
图3为本发明实施例1交直流变换电路中第一换流子电路的一个具体实例的电路原理图；
图4为本发明实施例1交直流变换电路中第二换流子电路的一个具体实例的电路原理图；
图5为本发明实施例1交直流变换电路中第三换流子电路的一个具体实例的电路原理图；
图6为本发明实施例1交直流变换电路中第四换流子电路的一个具体实例的电路原理图；
图7为本发明实施例1中交直流变换电路的另一个具体实例的结构框图。
附图标记：
1-交直流转换模块；11-换流子单元；12-第一DC/AC转换单元；13-耦合单元；14-AC/DC转换单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供了一种交直流变换电路，如图1所示，包括至少一组交直流转换模块1，每组交直流转换模块1中包括至少一条转换支路，每条转换支路包括：
多个换流子单元11，分别对应三相交流电。具体地，通过换流子单元11能够有效地对电能进行变换和控制，比如可以通过控制换流子单元11中开关器件的开关状态和开关频率来对交流电进行整流和交流调压等处理。若每条转换支路中的换流子单元11的结构完全一致，则每条转换支路每相中投入使用的换流子单元11的个数一致，从而使每相中换流子单元11的总输出功率一致；当然如果每条转换支路中的换流子单元11的结构不一致，则需要确保每相中投入使用的换流子单元11的总输出功率一致即可。
多个第一DC/AC转换单元12，分别与换流子单元11的直流侧或者换流子单元11的直流侧串联或者并联后构成的总直流侧连接。具体地，可以根据具体需求确定第一DC/AC转换单元12与换流子单元11直流侧的连接关系，比如如果需要减少交直流变换电路中开关器件数量，可以将第一DC/AC转换单元12与该转换支路每相中换流子单元11的直流侧串联后构成的总直流侧进行连接以提升第一DC/AC转换单元12输出的电压的幅值，减少第一DC/AC转换单元数量，进而减少开关器件数量；当然如果需要降低开关器件中的电流，则可以将第一DC/AC转换单元12与该转换支路每相中换流子单元11的直流侧并联后构成的总直流侧进行连接。例如转换支路每相包括两个相同结构的换流子单元11时，为了减少开关器件数量，可以将每相中的两个换流子单元11的直流侧进行一个串联，将串联后构成的总直流侧与第一DC/AC转换单元12的输入端连接，可以将第一DC/AC转换单元12的使用数量减小一半，当然如果开关器件耐压不够高，则不能减少第一DC/AC转换单元12的数量，可以将每个换流子单元11的直流侧与一个第一DC/AC转换单元12的输入端连接，或者将第一DC/AC转换单元12与该转换支路每相中换流子单元11的直流侧并联后构成的总直流侧进行连接，以降低每个开关器件所承受的电压；如果每个换流子单元11有两个直流侧端口，可以将每个直流侧端口均看做该换流子单元11的直流侧，分别与一个第一DC/AC转换单元12的输入端连接，也可以将换流子单元11的直流侧端口串联后作为该换流子单元11的直流侧，只连接一个第一DC/AC转换单元12的输入端即可；第一DC/AC转换单元12可以选用现有技术中任意一种DC/AC转换电路来将每个换流子单元11的直流侧输出的直流电转换为方波电压，优选能够转换为中高频方波电压的DC/AC转换电路。换流子单元11的直流侧通过DC/AC转换电路转换成中高频方波电压后再进行隔离耦合。
耦合单元13，将每相中的第一DC/AC转换单元12输出的瞬时功率耦合相加以消除单相中的瞬时功率的波动。具体地，耦合单元13可以包括多个输入端和至少一个输出端，每个输入端可以根据需要与一个第一DC/AC转换单元12的输出端连接，或者与同一相中的多个第一DC/AC转换单元12串联或者并联后的总输出端连接等。
至少一个AC/DC转换单元14，与耦合单元13的一个或者多个输出端连接。具体地，AC/DC转换单元14可以选用现有技术中任意一种AC/DC转换电路来将经耦合单元13三相耦合之后的电压转换为直流电。
且交直流转换模块1中同一相的相邻换流子单元11间级联连接，交流接口从每相中的换流子单元11的交流侧引出，与对应相的交流电连接。具体地，某个换流子单元11的交流侧与相邻的换流子单元11的交流侧串联连接，以此类推，就构成了同一相的相邻换流子单元的级联连接，如果一个交直流变换电路中包括多组交直流转换模块1，则所有的交直流转换模块1中同一相的换流子单元11的交流侧串联在一起，同样构成了相邻换流子单元11间的级联连接。
具体地，图1给出了一个包括两组交直流转换模块1的交直流变换电路，交流接口从两组交直流转换模块1的公共端引出，与对应相的交流电连接。这种方式下，a、b、c三相分别具有上、下两个桥臂，分属于不同组的交直流转换模块1中，可以通过一个或者多个控制器来控制上、下桥臂投入换流子单元11的数量来对桥臂电压进行控制。优选地，每个桥臂包含相同数量的换流子单元11，更有利于对桥臂上换流子单元11投入、切出的控制。常见的调制方式包括最近电平逼近、载波层叠、载波移相等。以a相为例，流过a相上桥臂的电流和上桥臂两端电压为
式中，Udc为直流电压，Idc为直流电流，Uac为a相相电压峰值，Iac为a相交流侧线电流峰值。
通过如下公式计算流过a相上桥臂的瞬时功率：
可知a相上桥臂的瞬时功率中包含直流分量、基频波动分量和二倍频波动分量。
通过如下公式计算每个转换支路中a、b、c三相的高频方波电压经耦合单元13耦合后的输出功率：
因为交流电三相间对称运行，a、b、c相之间相差120°，通过耦合单元13将三相瞬时功率耦合相加时，基频和二倍频波动抵消，确保了耦合单元13输出的功率基本无波动。无需再为抑制单相瞬时功率的波动而在每个换流子单元11上安装大容量电容器，大大减小了交直流变换电路的体积，将本实施例中的交直流变换电路应用于电力电子变压器等电力设备，同样能够有效减小电力电子变压器的体积，降低其造价。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，每条转换支路中的AC/DC转换单元14的输出端串联或者并联，并将串联或者并联后的AC/DC转换单元14的输出端作为隔离转换直流接口。具体地，将各条转换支路中的AC/DC转换单元14的输出端并联，可以进一步减小隔离转换直流接口输出的直流电压的波动，并且可以根据需要从并联的一个或者多个AC/DC转换单元14的输出端引出隔离转换直流接口；将各条转换支路中的AC/DC转换单元14的输出端串联，能够增大隔离转换直流接口输出的电压的幅值。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，耦合单元13包括至少一个变压器，变压器的原边侧包括多个原边绕组，分别与其对应的第一DC/AC转换单元12的输出端或者多个第一DC/AC转换单元12串联或者并联后的总输出端连接，副边侧包括至少1个副边绕组，每个副边绕组的输出端或者多个副边绕组串联或者并联后的输出端作为耦合单元13的输出端，与AC/DC转换单元14的输入端连接。具体地，可以根据需求，将多个副边绕组串联的输出端作为耦合单元13的输出端，可以增大耦合单元13输出电压的幅值；也可以将多个副边绕组并联后的输出端作为耦合单元13的输出端，可以进一步降低耦合单元13输出端的电压波动，以及每个副边绕组中的电流值。如图2所示，为一个三入一出的中高频变压器，通过调节原、副边投入使用的绕组的匝数来调节变压器的变比，可以得到需要的低压直流电压值。转换支路中各相第一DC/AC转换单元12输出的高频方波电压经中高频变压器隔离耦合，交流侧的二倍频功率在相间自动平衡，各相的功率波动也可自动平衡，无需再在每个换流子单元11上安装大容量电容器，大幅降低了整个交直流变换电路的体积和造价，同时降低了桥臂均压的控制难度。
优选地，如图3所示，换流子单元11包括至少一个第一换流子电路，第一换流子电路包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第一二极管D1和第二二极管D2。
第一开关器件T1和第二开关器件T2串联，第一二极管D1和第二二极管D2分别与第一开关器件T1和第二开关器件T2反并联，第一开关器件T1和第二开关器件T2的公共端与第二二极管D2的阳极作为换流子单元11的交流侧，第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极作为换流子单元11的直流侧。具体地，上述结构的换流子单元11，在控制器控制下，当第一开关器件T1导通，第二开关器件T2关断时，换流子单元11投入运行，换流子单元11相当于一个直流源；当第一开关器件T1关断，第二开关器件T2导通时，换流子单元11退出运行，换流子单元11对外等效为短路，相当于直接旁路掉了该退出运行的换流子单元11。因此通过控制上、下桥臂投入运行的换流子单元11的数量就可以控制上、下桥臂的电压。
优选地，如图4所示，提供了另一种换流子单元11的结构，包括至少一个第二换流子电路，第二换流子电路包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。
第一开关器件T1和第三开关器件T3的串联支路与第二开关器件T2和第四开关器件T4的串联支路并联连接，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4分别与第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4反并联，第一开关器件T1和第三开关器件T3的公共端与第二开关器件T2和第四开关器件T4的公共端作为换流子单元11的交流侧，两个串联支路并联连接后的公共端作为换流子单元11的直流侧。具体地，上述结构的换流子单元11，若电路无故障正常运行，在控制器的控制下，当第一开关器件T1和第四开关器件T4导通时，换流子单元11投入运行，换流子单元11第一引出端和第二引出端间相当于一个直流源；当第一开关器件T1和第二开关器件T2导通，或者第三开关器件T3和第四开关器件T4导通时，换流子单元11退出运行，其第一引出端和第二引出端间输出0电压。通过上述结构设置，在换流子单元11退出运行时，可以通过控制器控制该换流子单元11的第一开关器件T1和第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4交替轮换导通以均匀开关损耗；若电路出现故障，在控制器控制下闭锁(关断)第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3和第四开关器件T4，能够切断短路电流，隔离故障。
优选地，如图5所示，提供了第三种换流子单元11的结构，包括至少一个第三换流子电路，第三换流子电路包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。
第一开关器件T1和第二开关器件T2串联连接，第一二极管D1和第二二极管D2分别与第一开关器件T1和第二开关器件T2反并联，第三二极管D3和第三开关器件T3反并联，且第三二极管D3的阳极同时与第二二极管D2的阳极连接，第三二极管D3的阴极同时与第四二极管D4的阳极连接，第四二极管D4的阴极与第一二极管D1的阴极连接，第一开关器件T1和第二开关器件T2的公共端与第三开关器件T3的集电极作为换流子单元11的交流侧，第一二极管D1的阴极和第三二极管D3的阳极作为换流子单元11的直流侧。具体地，上述结构的换流子单元11，若电路无故障正常运行，在控制器的控制下，第三开关器件T3一直导通，若第一开关器件T1导通，第二开关器件T2关断，则换流子单元11投入运行；若第一开关器件T1关断，第二开关器件T2导通，换流子单元11退出运行；若电路出现故障时，在控制器控制下闭锁(关断)第一开关器件T1、第二开关器件T2和第三开关器件T3，能够切断短路电流，隔离故障。
优选地，如图6所示，提供了第四种换流子单元11的结构，包括至少一个第四换流子电路，第四换流子电路包括第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4、第五开关器件T5、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7。
第一开关器件T1和第三开关器件T3串联连接，第一二极管D1和第三二极管D3分别与第一开关器件T1和第三开关器件T3反并联；第二开关器件T2和第四开关器件T4串联连接，第二二极管D2和第四二极管D4分别与第二开关器件T2和第四开关器件T4反并联；第五开关器件T5的发射极与第三二极管D3的阳极连接，第五开关器件T5的集电极与第二二极管D2的阴极连接，第五二极管D5与第五开关器件T5反并联；第六二极管D6的阳极与第五二极管D5的阴极连接，第六二极管D6的阴极与第一二极管D1的阴极连接，第七二极管D7的阳极与第四二极管D4的阳极连接，第七二极管D7的阴极与第三二极管D3的阳极连接，第一开关器件T1和第三开关器件T3的公共端与第二开关器件T2和第四开关器件T4的公共端作为换流子单元11的交流侧，第一二极管D1的阴极和第三二极管D3的阳极作为换流子单元11的一个直流侧，第二二极管D2的阴极和第四二极管D4的阳极作为换流子单元11的另一个直流侧。
表1
具体地，如表1所示，上述结构的换流子单元11，正常工作第1种情况，在控制器控制下，第一开关器件T1导通，第二开关器件T2关断，第三开关器件T3关断，第四开关器件T4导通，第五开关器件T5导通(10011)，上半模块对应电压Uc投入，下半模块对应电压Uc投入。换流子单元11共投入电压为2Uc。
正常工作第2种情况，在控制器控制下，第一开关器件T1导通，第二开关器件T2导通，第三开关器件T3关断，第四开关器件T4关断，第五开关器件T5导通时(11001)，上半模块对应电压Uc投入，下半模块切出，对应电压为0。换流子单元11共投入电压为Uc。
正常工作第3种情况，在控制器控制下，第一开关器件T1关断，第二开关器件T2关断，第三开关器件T3导通，第四开关器件T4导通，第五开关器件T5导通(00111)，下半模块对应电压Uc投入，上半模块切出，对应电压为0。换流子单元11共投入电压为Uc。
正常工作第4种情况，在控制器控制下，第一开关器件T1关断，第二开关器件T2导通，第三开关器件T3导通，第四开关器件T4关断，第五开关器件T5导通(01101)，上半模块切出，对应电压为0。下半模块切出，对应电压为0。换流子单元11共投入电压为0。
因此电路无故障正常运行时，可以通过控制器控制第一开关器件T1和第二开关器件T2与第三开关器件T3和第四开关器件T4交替轮换导通,以均匀开关损耗。
当电路发生故障时，通过控制器控制第一开关器件T1到第五开关器件T5闭锁(关断)，能够切断短路电流，隔离故障。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，换流子单元11包括至少一个组合换流子电路。
组合换流子电路由第一换流子电路、第二换流子电路、第三换流子电路和第四换流子电路中的任意两个或者多个组合构成。
具体地，每条转换支路中的换流子单元11，可以为第一换流子电路、第二换流子电路、第三换流子电路、第四换流子电路或者组合换流子电路中的任意一种，也可以为上述五种或者具备相同功能的结构任意组合后构成的组合结构。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，第一开关器件T1、第二开关器件T2、第三开关器件T3、第四开关器件T4和第五开关器件T5可以选用绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管集MOSFET和GTR的优点于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压低、能承受高电压大电流等优点。当然也可以选用三极管、晶闸管、MOS管等具有开关功能的器件或者上述开关器件的串并联。
优选地，如图7所示，本实施例中的交直流变换电路，还包括至少一个直流电容器，与AC/DC转换单元14的输出端或者串联或者并联后的AC/DC转换单元14的输出端连接，并将直流电容器的输出端作为隔离转换直流接口。具体地，通过在AC/DC转换单元14的输出端连接直流电容器，能够进一步抵消功率波动，使输出的隔离转换后的直流电更为稳定。并且经耦合单元13已经抵消了大部分功率波动，直流电容器只需选取极小容值的直流电容器即可。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，每相级联连接的换流子单元11的总正极连接在一起作为直流接口的正极，每相级联连接的换流子单元11的总负极连接在一起作为直流接口的负极。
优选地，本实施例中的交直流变换电路，还包括第二DC/AC转换单元，与隔离转换直流接口连接,并将第二DC/AC转换单元的输出端作为隔离转换交流接口。具体地，第二DC/AC转换单元可以选用现有技术中任意一种DC/AC转换电路来将隔离转换直流接口输出的隔离转换后的直流电逆变为低压交流电。
本实施例中的交直流变换电路，可以同时具备交流接口、直流接口、隔离转换直流接口和隔离转换交流接口，能够满足中低压直流配电网等多种应用场合的要求。
实施例2
本实施例提供了一种电力电子变压器，包括实施例1中的交直流变换电路。
本实施例中的电力电子变压器，其内的交直流变换电路，通过耦合单元将三相瞬时功率耦合相加，有效抵消了各相桥臂上的基频和二倍频波动，无需再为抑制单相波动功率而在每个换流子单元上安装大容量电容器，大大减小了交直流变换电路的体积，能够有效减小电力电子变压器的体积，降低其造价。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种交直流变换电路，其特征在于，包括至少一组交直流转换模块(1)，每组所述交直流转换模块(1)中包括至少一条转换支路，每条所述转换支路包括：
多个换流子单元(11)，分别对应三相交流电；
多个第一DC/AC转换单元(12)，分别与所述换流子单元(11)的直流侧或者所述换流子单元(11)的直流侧串联或者并联后构成的总直流侧连接；
耦合单元(13)，将每相中的所述第一DC/AC转换单元(12)输出的瞬时功率耦合相加以消除单相中的所述瞬时功率的波动；
至少一个AC/DC转换单元(14)，与所述耦合单元(13)的一个或者多个输出端连接；
且所述交直流转换模块(1)中同一相的相邻所述换流子单元(11)间级联连接，交流接口从每相中的所述换流子单元(11)的交流侧引出，与对应相的交流电连接。
2.根据权利要求1所述的交直流变换电路，其特征在于，每条所述转换支路中的AC/DC转换单元(14)的输出端串联或者并联，并将串联或者并联后的所述AC/DC转换单元(14)的输出端作为隔离转换直流接口。
3.根据权利要求1所述的交直流变换电路，其特征在于，所述耦合单元(13)包括至少一个变压器，所述变压器的原边侧包括多个原边绕组，分别与其对应的所述第一DC/AC转换单元(12)的输出端或者多个第一DC/AC转换单元(12)串联或者并联后的总输出端连接，副边侧包括至少1个副边绕组，每个所述副边绕组的输出端或者多个所述副边绕组串联或者并联后的输出端作为所述耦合单元(13)的输出端，与所述AC/DC转换单元(14)的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的交直流变换电路，其特征在于，所述换流子单元(11)包括至少一个第一换流子电路或第二换流子电路或第三换流子电路或第四换流子电路；
所述第一换流子电路包括第一开关器件(T1)、第二开关器件(T2)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)；所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)串联，所述第一二极管(D1)和所述第二二极管(D2)分别与所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)反并联，所述第一开关器件(T1)和所述第二开关器件(T2)的公共端与所述第二二极管(D2)的阳极作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第一二极管(D1)的阴极和所述第二二极管(D2)的阳极作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第二换流子电路包括第五开关器件(T1)、第六开关器件(T2)、第三开关器件(T3)、第四开关器件(T4)、第五二极管(D1)、第六二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；所述第五开关器件(T1)和所述第三开关器件(T3)的串联支路与所述第六开关器件(T2)和所述第四开关器件(T4)的串联支路并联连接，所述第五二极管(D1)、所述第六二极管(D2)、所述第三二极管(D3)和所述第四二极管(D4)分别与所述第五开关器件(T1)、所述第六开关器件(T2)、所述第三开关器件(T3)和所述第四开关器件(T4)反并联，所述第五开关器件(T1)和所述第三开关器件(T3)的公共端与所述第六开关器件(T2)和所述第四开关器件(T4)的公共端作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述两个串联支路并联连接后的公共端作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第三换流子电路包括第七开关器件(T1)、第八开关器件(T2)、第九开关器件(T3)、第七二极管(D1)、第八二极管(D2)、第九二极管(D3)和第十二极管(D4)；所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)串联连接，所述第七二极管(D1)和所述第八二极管(D2)分别与所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)反并联，所述第九二极管(D3)和所述第九开关器件(T3)反并联，且所述第九二极管(D3)的阳极同时与所述第八二极管(D2)的阳极连接，所述第九二极管(D3)的阴极同时与所述第十二极管(D4)的阳极连接，所述第十二极管(D4)的阴极与所述第七二极管(D1)的阴极连接，所述第七开关器件(T1)和所述第八开关器件(T2)的公共端与所述第九开关器件(T3)的集电极作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第七二极管(D1)的阴极和所述第九二极管(D3)的阳极作为所述换流子单元(11)的直流侧；
所述第四换流子电路包括第十开关器件(T1)、第十一开关器件(T2)、第十二开关器件(T3)、第十三开关器件(T4)、第十四开关器件(T5)、第十一二极管(D1)、第十二二极管(D2)、第十三二极管(D3)、第十四二极管(D4)、第十五二极管(D5)、第十六二极管(D6)和第十七二极管(D7)；所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)串联连接，所述第十一二极管(D1)和所述第十三二极管(D3)分别与所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)反并联；所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)串联连接，所述第十二二极管(D2)和所述第十四二极管(D4)分别与所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)反并联；所述第十四开关器件(T5)的发射极与所述第十三二极管(D3)的阳极连接，所述第十四开关器件(T5)的集电极与所述第十二二极管(D2)的阴极连接，所述第十五二极管(D5)与所述第十四开关器件(T5)反并联；所述第十六二极管(D6)的阳极与所述第十五二极管(D5)的阴极连接，所述第十六二极管(D6)的阴极与所述第十一二极管(D1)的阴极连接，所述第十七二极管(D7)的阳极与所述第十四二极管(D4)的阳极连接，所述第十七二极管(D7)的阴极与所述第十三二极管(D3)的阳极连接，所述第十开关器件(T1)和所述第十二开关器件(T3)的公共端与所述第十一开关器件(T2)和所述第十三开关器件(T4)的公共端作为所述换流子单元(11)的交流侧，所述第十一二极管(D1)的阴极和所述第十三二极管(D3)的阳极作为所述换流子单元(11)的一个直流侧，所述第十二二极管(D2)的阴极和所述第十四二极管(D4)的阳极作为所述换流子单元(11)的另一个直流侧。
5.根据权利要求4所述的交直流变换电路，其特征在于，所述换流子单元(11)包括至少一个组合换流子电路；
所述组合换流子电路由所述第一换流子电路、所述第二换流子电路、所述第三换流子电路和所述第四换流子电路中的任意两个或者多个组合构成。
6.根据权利要求2所述的交直流变换电路，其特征在于，还包括至少一个直流电容器，与所述AC/DC转换单元(14)的输出端，或者串联或者并联后的所述AC/DC转换单元(14)的输出端连接，并将所述直流电容器的输出端作为隔离转换直流接口。
7.根据权利要求1所述的交直流变换电路，其特征在于，每相级联连接的所述换流子单元(11)的总正极连接在一起作为直流接口的正极，每相级联连接的所述换流子单元(11)的总负极连接在一起作为直流接口的负极。
8.根据权利要求1-7任一项所述的交直流变换电路，其特征在于，还包括第二DC/AC转换单元，与所述隔离转换直流接口连接,并将所述第二DC/AC转换单元的输出端作为隔离转换交流接口。
9.一种电力电子变压器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的交直流变换电路。
CN201610483335.2A 2016-06-27 2016-06-27 一种交直流变换电路及电力电子变压器 Active CN106100361B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610483335.2A CN106100361B (zh) 2016-06-27 2016-06-27 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610483335.2A CN106100361B (zh) 2016-06-27 2016-06-27 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106100361A CN106100361A (zh) 2016-11-09
CN106100361B true CN106100361B (zh) 2018-10-09

Family

ID=57214304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610483335.2A Active CN106100361B (zh) 2016-06-27 2016-06-27 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106100361B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107562985B (zh) * 2017-07-18 2020-11-13 全球能源互联网研究院有限公司 一种交直流变换电路耦合单元的参数确定及建模方法
CN107565834B (zh) 2017-07-25 2020-03-24 全球能源互联网研究院有限公司 一种交直流变换电路的控制方法及装置
CN110034687A (zh) * 2019-04-18 2019-07-19 国网江苏省电力有限公司 一种电力电子变压器
CN111342680B (zh) * 2020-03-09 2021-11-02 西南交通大学 一种应用于贯通供电的电力电子变压器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204835940U (zh) * 2015-06-04 2015-12-02 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种分散储能的电力电子变压器
CN105515353A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 东南大学 基于混合型模块化多电平变换器的四端口电力电子变压器
CN105515401A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 武汉大学 一种模块化多电平结构的固态变压器
CN206077238U (zh) * 2016-06-27 2017-04-05 全球能源互联网研究院 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204835940U (zh) * 2015-06-04 2015-12-02 广西电网有限责任公司电力科学研究院 一种分散储能的电力电子变压器
CN105515401A (zh) * 2015-11-30 2016-04-20 武汉大学 一种模块化多电平结构的固态变压器
CN105515353A (zh) * 2016-01-27 2016-04-20 东南大学 基于混合型模块化多电平变换器的四端口电力电子变压器
CN206077238U (zh) * 2016-06-27 2017-04-05 全球能源互联网研究院 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于MMC结构的电力电子变压器拓扑结构及控制策略研究;孙广星等;《高压电器》;20160116;第52卷(第1期);第142-147页 *
电力电子变压器对交直流混合微网功率控制的研究;兰征等;《电工技术学报》;20151231;第30卷(第23期);第50-57页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106100361A (zh) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104967141B (zh) 一种混合直流输电***
CN102624070B (zh) 一种基于九相自耦移相变压器的对称式ups电源***
CN101860228A (zh) 高压配电用电力电子变压器
CN106100361B (zh) 一种交直流变换电路及电力电子变压器
CN110311381A (zh) 一种可穿越直流故障的交直流混合电网电力电子变压器
CN101795080A (zh) 一种配电用三相电力电子变压器
WO2012010053A1 (zh) 基于模块化多电平逆变器（mmc）的无变压器静止同步补偿器（statc0m）拓扑结构
CN103401462A (zh) 基于三电平h桥级联的静止同步补偿器及电压源逆变模块
CN106849717B (zh) 飞跨电容三电平单极电流模块
WO2017024641A1 (zh) 一种三相整流升压电路及其控制方法以及不间断电源
CN102055348A (zh) 一种用于配网的降压型电力电子变压器
CN108242813A (zh) 电能质量综合治理和功率优化的能量路由器及其控制方法
CN203399013U (zh) 基于三电平h桥级联的静止同步补偿器及电压源逆变模块
CN107039980A (zh) 一种高压直流潮流控制器
CN101699699A (zh) 一种不间断电源
WO2013056613A1 (zh) 一种电力电子高压组合开关
WO2022001834A1 (zh) 数据中心供配电***
CN105262355B (zh) 一种多端口逆变器
CN106452096B (zh) 一种电桥结构、换流电路及电力电子变压器
CN203827203U (zh) 一种大功率光储一体化变流器
CN103236693B (zh) 一种统一电能质量控制器
CN207939209U (zh) 电能质量综合治理和功率优化的能量路由器
CN106899203A (zh) 正激式五电平逆变器
CN104184350B (zh) 大功率混合级联桥式单位功率因数整流器
CN206077238U (zh) 一种交直流变换电路及电力电子变压器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 102209 Beijing City, the future of science and Technology City Binhe Road, No. 18, No.

Applicant after: Global energy Internet Institute, Inc.

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 102211 Beijing city Changping District Xiaotangshan town big East Village Road No. 270

Applicant before: GLOBAL ENERGY INTERCONNECTION RESEARCH INSTITUTE

Applicant before: State Grid Corporation of China

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant