CN110034687A - 一种电力电子变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力电子变压器，用于三相交流端口与直流端口之间，其特征在于，包括：三个电压电阻变换器、与每一个电压电阻变换器串联连接的原边绕组、一个副边绕组和电压电流变换器，其中，每个原边绕组具有一个磁芯，每个副边绕组具有一个磁芯，每一电压电阻变换器及其串联连接的原边绕组形成了一相桥壁，所述变压器的交流侧采用星形连接方式，每一个电压电阻变换器的一输入端与一相交流输入端连接，另外一输入端与星形的中心点连接，每一电压电阻变换器的输出端与对应的原边绕组连接；所述副边绕组与所述电压电流变换器连接，电压电流变换器的输出端与所述直流端口连接。本发明的变压器能解决单相变换器功率脉冲问题，不再需要很大的储能电容。
Description
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种用于交流三相端与直流端之间的电力电子变压器。
背景技术
随着可再生能源的广泛接入，对电力***潮流的可控性提出了更高的要求，传统的变压器只能进行变压和隔离，不能进行潮流调节。因此近年来，电力电子变压器技术被广泛研究，并有可能在未来智能电网中发挥重要作用。
最早的电力电子变压器，如图1，将50Hz交流信号直接通过双向开关斩波获得高频信号，然后通过高频变压器隔离。这种方式实现最简单，但是功能很有限，不能进行调频。因此，主流的电力电子变压器拓扑如图2，采用3级结构，设置中间直流环节，可以完全解耦输入输出的交流控制。
此外，目前研究的电力电子变压器主要以配电变压器为主，原边通常为中压配电网，具有较高电压。由于目前的电力电子器件还无法承受这么高的电压，常用的做法是采用电路串联的方式。比如级联多电平变换器（CHB），模块化多电平变换器（MMC）等。下图中，图3是级联多电平形式的电力电子变压器，图4是在高压侧采用MMC的电力电子变压器。
在传统的方案中，当采用电路串联方式时，需要将三相电源分成三个单相电源来处理，每个单相电源采用多个电路串联来承受较高的电压。当单相电源的电压和电流均为正弦波时，变换器传输的功率是脉动的。为了平衡功率流，通常需要采用较大的储能电容，增加成本且降低功率密度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电力电子变压器，该变压器能解决单相变换器功率脉冲问题，不再需要很大的储能电容。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电力电子变压器，用于交流三相端与直流端之间，包括三个电压电阻变换器、与每一个所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组、一个副边绕组和电压电流变换器，其中，每个原边绕组具有一个磁芯，所述副边绕组具有一个磁芯，所述变压器的交流侧采用星形连接方式，每一电压电阻变换器及其串联连接的原边绕组形成了一相桥壁，每一个所述电压电阻变换器的一输入端与一相交流输入端连接，另外一输入端与所述星形的中心点连接，每一所述电压电阻变换器的输出端与对应的原边绕组连接；
所述副边绕组与所述电压电流变换器连接，所述电压电流变换器的输出端与所述直流端口连接。
在一具体实施方式中，所述电压电阻变换器包括：第一电容、第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关，其中，每一所述双向开关包括第一端、第二端和控制端，所述第一电容并联连接在所述一相交流输入端与所述星形的中心点之间，所述第一双向开关的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第一双向开关的第二端与所述第二双向开关的第一端连接，所述第二双向开关的第二端与所述星形的中心点连接，所述第三双向开关的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第三双向开关的第二端与所述第四双向开关的第一端连接，所述第四双向开关的第二端与所述星形的中心点连接，所述第一双向开关的第二端与所述第二双向开关的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组的一端连接，所述第三双向开关的第二端与所述第四双向开关的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组的另外一端连接，所述第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关的控制端与对应的控制端连接。
在一具体实施方式中，所述电压电流变换器包括：第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第八双向开关、第二电容，其中，每一所述双向开关包括第一端、第二端和控制端，所述第五双向开关的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端连接，所述第六双相关开关的第二端与所述副边绕组的另一端连接，所述第七双向开关的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端连接，所述双向开关的第二端与所述副边绕组的另外一端连接，所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端的连接点与所述直流端的一端连接，所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端之间的连接点与所述直流端的另外一端连接，所述第二电容并联连接在所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端的连接点与所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端之间的连接点之间，所述第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第八双向开关的控制端分别与对应的控制端连接。
在一具体实施方式中，所述双向开关包括：第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管，所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极分别与对应的控制端连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极为所述双向开关的第一端，所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极为所述双向开关的第二端，所述第一绝缘栅双极晶体管的射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的射极连接。
本发明实施例的有益效果在于：本发明的电力电子变压器，变压器交流侧采用星形连接，原边采用多个绕组，每个绕组有一个磁芯，每个绕组对应一个HV_R变换器；副边将所有磁芯组合起来绕制，只有一个绕组，对应一个电压电流变换器。本发明利用变压器的耦合，三相之间的功率互相补充，解决单相变换器功率脉动问题，因而变压器内部不再需要储能电容，此外，本发明利用双向开关，采用单级拓扑，大大简化***的复杂程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是现有技术中电力电子变压器的电路示意图。
图2是现有技术中电力电子变压器的另一电路示意图。
图3是现有技术中电力电子变压器的另一电路示意图。
图4是现有技术中电力电子变压器的另一电路示意图。
图5是本发明的电力电子变压器的电路示意图。
图6是本发明的电力电子变压器的电压电阻变换器的电路示意图。
图7是本发明的电力电子变压器的电压电流变换器的电路示意图。
图8是本发明的电力电子变压器的双向开关的电路结构图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图5所示，本发明实施例一提供一种电力电子变压器，用于三相交流端与直流端之间，其包括：三个电压电阻变换器HV_R、与每一个所述电压电阻变换器HV_R串联连接的原边绕组、一个副边绕组和电压电流变换器LV_I，其中，每个原边绕组具有一个磁芯，每个副边绕组具有一个磁芯，每一电压电阻变换器HV_R及其串联连接的原边绕组形成了一相桥壁，所述变压器的交流侧采用星形连接方式，每一个所述电压电阻的变换器HV_R的一输入端与一相交流输入端连接，另外一输入端与所述星形的中心点连接，每一所述电压电阻变换器HV_R的输出端与对应的原边绕组连接；所述副边绕组与所述电压电流变换器LV_I连接，所述电压电流变换器LV_I的输出端与所述直流端口连接。
图6示出了电压电阻变换器HV_R的结构示意图，所述电压电阻变换器HV_R包括：第一电容C1、第一双向开关S11、第二双向开关S12、第三双向开关S13、第四双向开关S14，其中，每一所述双向开关S11包括第一端、第二端和控制端，所述第一电容C1并联连接在所述一相交流输入端与所述星形的中心点之间，所述第一双向开关S11的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第一双向开关S11的第二端与所述第二双向开关S12的第一端连接，所述第二双向开关S12的第二端与所述星形的中心点连接，所述第三双向开关S13的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第三双向开关S13的第二端与所述第四双向开关S14的第一端连接，所述第四双向开关S14的第二端与所述星形的中心点连接，所述第一双向开关S11的第二端与所述第二双向开关S12的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器HV_R串联连接的原边绕组的一端连接，所述第三双向开关S13的第二端与所述第四双向开关S14的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器HV_R串联连接的原边绕组的另外一端连接，所述第一双向开关S11、第二双向开关S12、第三双向开关S13、第四双向开关S14的控制端与对应的控制端连接。
图7示出了电压电流变换器的结构示意图，所述电压电流变换器LV_I包括：第五双向开关S21、第六双向开关S22、第七双向开关S23、第八双向开关S24、第二电容C2，其中，每一所述双向开关包括第一端、第二端和控制端，所述第五双向开关S21的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第五双向开关S21的第二端与所述第六双向开关S22的第一端连接，所述第六双相关开关S22的第二端与所述副边绕组的另一端连接，所述第七双向开关S23的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第七双向开关S23的第二端与所述第八双向开关S24的第一端连接，所述第八双向开关S24的第二端与所述副边绕组的另外一端连接，所述第五双向开关S21的第二端与所述第六双向开关S22的第一端的连接点与所述直流端的一端连接，所述第七双向开关S23的第二端与所述第八双向开关S24的第一端之间的连接点与所述直流端的另外一端连接，所述第二电容C2并联连接在所述第五双向开关S21的第二端与所述第六双向开关S22的第一端的连接点与所述第七双向开关S23的第二端与所述第八双向开关S24的第一端之间的连接点之间，所述第五双向开关S21、第六双向开关S22、第七双向开关S23、第八双向开关S24的控制端分别与对应的控制端连接。
图8示出了双向开关的电路图，所述双向开关包括：第一绝缘栅双极晶体管Q1、第二绝缘栅双极晶体管Q2，所述第一绝缘栅双极晶体管Q1的栅极和所述第二绝缘栅双极晶体管Q2的栅极分别与对应的控制端连接，所述第一绝缘栅双极晶体管Q1的集电极为所述双向开关的第一端，所述第二绝缘栅双极晶体管Q2的集电极为所述双向开关的第二端，所述第一绝缘栅双极晶体管Q1的射极与所述第二绝缘栅双极晶体管Q2的射极连接。
本发明的电力电子变压器，变压器原边采用多个绕组，每个绕组有一个磁芯，每个绕组对应一个HV_R变换器；副边将所有磁芯组合起来绕制，只有一个绕组，对应一个电压电流变换器。本发明利用变压器的耦合，三相之间的功率互相补充，解决单相变换器功率脉动问题，因而变压器内部不再需要储能电容，此外，本发明利用双向开关，采用单级拓扑，大大简化***的复杂程度。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种电力电子变压器，用于三相交流端口与直流端口之间，其特征在于，包括：三个电压电阻变换器、与每一个所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组、一个副边绕组和电压电流变换器，其中，每个原边绕组具有一个磁芯，所述副边绕组具有一个磁芯，
所述变压器的交流侧采用星形连接方式，每一电压电阻变换器及其串联连接的原边绕组形成了一相桥壁，每一个所述电压电阻变换器的一输入端与一相交流输入端连接，另外一输入端与所述星形的中心点连接，每一所述电压电阻变换器的输出端与对应的原边绕组连接；
所述副边绕组与所述电压电流变换器连接，所述电压电流变换器的输出端与所述直流端口连接。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于：
所述电压电阻变换器包括：第一电容、第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关，其中，每一所述双向开关包括第一端、第二端和控制端，所述第一电容并联连接在所述一相交流输入端与所述星形的中心点之间，所述第一双向开关的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第一双向开关的第二端与所述第二双向开关的第一端连接，所述第二双向开关的第二端与所述星形的中心点连接，所述第三双向开关的第一端与所述一相交流输入端连接，所述第三双向开关的第二端与所述第四双向开关的第一端连接，所述第四双向开关的第二端与所述星形的中心点连接，所述第一双向开关的第二端与所述第二双向开关的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组的一端连接，所述第三双向开关的第二端与所述第四双向开关的第一端的连接点还与所述电压电阻变换器串联连接的原边绕组的另外一端连接，所述第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关、第四双向开关的控制端与对应的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的电力电子变压器，其特征在于：
所述电压电流变换器包括：第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第八双向开关、第二电容，其中，每一所述双向开关包括第一端、第二端和控制端，所述第五双向开关的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端连接，所述第六双相关开关的第二端与所述副边绕组的另一端连接，所述第七双向开关的第一端与所述副边绕组的一端连接，所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端连接，所述双向开关的第二端与所述副边绕组的另外一端连接，所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端的连接点与所述直流端的一端连接，所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端之间的连接点与所述直流端的另外一端连接，所述第二电容并联连接在所述第五双向开关的第二端与所述第六双向开关的第一端的连接点与所述第七双向开关的第二端与所述第八双向开关的第一端之间的连接点之间，所述第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关、第八双向开关的控制端分别与对应的控制端连接。
4.根据权利要求3所述的电力电子变压器，其特征在于：
所述双向开关包括：第一绝缘栅双极晶体管、第二绝缘栅双极晶体管，所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极分别与对应的控制端连接，所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极为所述双向开关的第一端，所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极为所述双向开关的第二端，所述第一绝缘栅双极晶体管的射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的射极连接。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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