CN113472052A - 一种预充电装置及三电平变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预充电装置，包括三相变压器、第一整流电路、直流母线；所述三相变压器包含第一三相绕组T1、第二三相绕组T2；第一整流电路为三相二极管不控整流电路，所述第一整流电路包括三个交流输入接口及两个直流输出接口，三个交流输入接口分别为第一交流输入接口、第二交流输入接口及第三交流输入接口，两个直流输出接口分别为直流电流流出接口及直流电流流入接口，所述第一整流电路与三相变压器及直流母线连接；本发明还公开了一种三电平变流器，该预充电装置通过变压器进行变压隔离，达到使用低压常用器件对中、高压变流器直流母线进行预充电的效果，节省了成本，提高了预充电回路的可靠性。

Description

一种预充电装置及三电平变流器
技术领域
本发明涉及电路控制领域，尤其涉及一种预充电装置及三电平变流器。
背景技术
随着风力发电的发展，变流器应用广泛，为了避免变流器启动时的电流冲击，导致网侧断路器无法正常合闸，或者半导体器件过流损坏，需要对母线电容进行预充电，以实现变换器的软启动。
目前大规模应用于风力发电领域变流器的***电压为690Vac。适用于690Vac电压等级的保护器件、开关器件、半导体器件经过多年发展，已经系列化，批量化。在690Vac***中，可以采用如图1的方式对直流母线电容进行预充电，输入电源为三相***电压，输出直流电压接到正负母线。图2为现有预充电电路的典型接法。
近年来随着更高电压等级在风力发电领域应用。器件的应用需要考虑高电压等级的绝缘、安规问题，额定工作电压为690Vac的器件无法直接应用于更高电压等级(900Vac、1140Vac、3300Vac)***中。在高电压等级***中，采用如图1、图2的预充电方案，需要相应的将保护熔断器、交流接触器、限流电阻、三相整流桥的额定电压等级提高。而器件厂家推出的高电压等级的保护器件、开关器件、半导体器件，存在器件选型困难，成本高，回货周期长等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种预充电装置，该预充电装置通过变压器进行变压隔离，达到使用低压常用器件对中、高压变流器直流母线进行预充电的效果，节省了成本，提高了预充电回路的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种预充电装置，包括三相变压器、第一整流电路、直流母线；
所述三相变压器包含第一三相绕组T1、第二三相绕组T2；
所述第一三相绕组T1通过三相交流电缆连接至三相交流电源；
第一整流电路的三个交流接口与所述三相变压器的第二三相绕组T2连接；
第一整流电路为三相二极管不控整流电路，所述第一整流电路包括三个交流输入接口及两个直流输出接口，三个交流输入接口分别为第一交流输入接口、第二交流输入接口及第三交流输入接口，两个直流输出接口分别为直流电流流出接口及直流电流流入接口；
所述第一整流电路与三相变压器及直流母线连接。
优选地，所述预充电装置还包括对预充电回路进行过流分断保护的空气开关，所述空气开关设置于三相变压器与三相交流电源之间。
优选地，所述预充电装置还包括用于远程控制预充电回路投入或切出的投切接触器，所述投切接触器设置于三相变压器与三相交流电源之间。
优选地，所述预充电装置还包括用于限制预充电回路投入后过大的冲击电流的限流电阻，所述限流电阻设置于三相变压器与三相交流电源之间。
优选地，所述直流母线包括直流母线接口P及直流母线接口N，所述直流母线接口P电位高于直流母线接口N的电位；所述第一整流电路的直流电流流出接口与所述直流母线端口P连接，所述第一整流电路直流电流流入接口与直流母线端口N连接。
优选地，所述第一整流电路包括三相不控整流桥模块，所述三相不控整流桥模块包括交流输入接口C、交流输入接口D、交流输入接口E、直流电流流出接口A+、直流电流流入接口B-；所述直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，所述直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，所述交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，所述交流输入接口D作为第一整流电路的第二交流输入接口，所述交流输入接口E作为第一整流电路的第三交流输入接口。
优选地，所述第一整流电路包括第一单相不控整流桥模块、第二单相不控整流桥模块及第三单相不控整流桥模块，所述第一单相不控整流桥模块、第二单相不控整流桥模块及第三单相不控整流桥模块为三个相同的单相不控整流模块，各个单相不控整流桥模块包括交流输入接口C、直流电流流出接口A+及直流电流流入接口B-，连接三个所述单相不控整流模块的直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个单相不控整流模块的直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第三交流输入接口。
优选地，所述第一整流电路包括第一二极管串联桥臂、第二二极管串联桥臂及第三二极管串联桥臂，所述第一二极管串联桥臂、第二二极管串联桥臂及第三二极管串联桥臂为三个相同的二极管串联桥臂，各个所述二极管串联桥臂由n个二极管按电流方向一致的方式串联构成，各个二极管包括电流流入连接点A及电流流出连接点K，第一个所述二极管的连接点K作为所述二极管串联桥臂的第一连接点J1，第n个所述二极管的连接点A作为所述二极管串联桥臂的第二连接点J2，第n/2个二极管的连接点A作为二极管串联桥臂的第三连接点J3，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J1作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J2作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第三交流输入接口。
优选地，所述三相变压器还包括第三三相绕组T3，所述第一三相绕组T1为低压侧绕组，第二三相绕组T2及第三三相绕组T3为高压侧绕组。
本发明还提供一种预充电装置的三电平变流器，所述预充电装置还包括与所述第一整流电路相同的第二整流电路，所述直流母线包括三电平变流器的正半母线及三电平变流器的负半母线，所述三相变压器的第二三相绕组T2与第一整流电路的三个交流输入接口连接，所述三相变压器的第三三相绕组T3与第二整流电路的三个交流输入接口连接，所述第一整流电路的两个直流接口连接三电平变流器的正半母线，第二整流电路的两个直流接口连接三电平变流器的负半母线。
采用上述结构之后，预充电装置包括三相变压器、第一整流电路、直流母线；所述三相变压器包含第一三相绕组T1、第二三相绕组T2；所述第一三相绕组T1通过三相交流电缆连接至三相交流电源；第一整流电路的三个交流接口与所述三相变压器的第二三相绕组T2连接；第一整流电路为三相二极管不控整流电路，所述第一整流电路包括三个交流输入接口及两个直流输出接口，三个交流输入接口分别为第一交流输入接口、第二交流输入接口及第三交流输入接口，两个直流输出接口分别为直流电流流出接口及直流电流流入接口；所述第一整流电路与三相变压器及直流母线连接；该预充电装置通过变压器进行变压隔离，达到使用低压常用器件对中、高压变流器直流母线进行预充电的效果，节省了成本，提高了预充电回路的可靠性。
附图说明
图1为本发明现有技术传统的预充电回路的结构示意图；
图2为本发明现有技术典型的预充电回路的结构示意图；
图3为本发明预充电装置的结构电路图；
图4为本发明预充电装置实施例一的结构电路图；
图5为本发明预充电装置实施例二的结构电路图；
图6为本发明预充电装置实施例三的结构电路图；
图7为本发明预充电装置实施例四的结构电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图3及图4，图3为本发明预充电装置的结构电路图；图4为本发明预充电装置实施例一的结构电路图；本实施例公开了一种预充电装置，包括三相变压器14、第一整流电路15、直流母线16；三相变压器14包含第一三相绕组T1、第二三相绕组T2；所述第一三相绕组T1通过三相交流电缆连接至三相交流电源；第一整流电路15的三个交流接口与三相变压器14的第二三相绕组T2连接；第一整流电路15为三相二极管不控整流电路，第一整流电路15包括三个交流输入接口及两个直流输出接口，三个交流输入接口分别为第一交流输入接口、第二交流输入接口及第三交流输入接口，两个直流输出接口分别为直流电流流出接口及直流电流流入接口，第一整流电路15与三相变压器14及直流母线16连接；
本实施例中，预充电装置还包括对预充电回路进行过流分断保护的空气开关11，空气开关11设置于三相变压器14与三相交流电源之间。
本实施例中，预充电装置还包括用于远程控制预充电回路投入或切出的投切接触器12，投切接触器12设置于三相变压器14与三相交流电源之间。
本实施例中，预充电装置还包括用于限制预充电回路投入后过大的冲击电流的限流电阻13，限流电阻13设置于三相变压器14与三相交流电源之间。
本实施例中，直流母线16包括两个接口，直流母线接口P，直流母线接口N，所述直流母线接口P电位高于所述直流母线接口N电位；第一整流电路15的直流电流流出接口与直流母线端口P连接，第一整流电路15的直流电流流入接口与直流母线端口N连接。
第一整流电路15包括三相不控整流桥模块151，所述三相不控整流桥模块151包括交流输入接口C、交流输入接口D、交流输入接口E、直流电流流出接口A+、直流电流流入接口B-；所述直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，所述直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，所述交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，所述交流输入接口D作为第一整流电路的第二交流输入接口，所述交流输入接口E作为第一整流电路的第三交流输入接口。
实施例二
请参阅图5，图5为本发明预充电装置实施例二的结构电路图；
本实施例，在实施例一的基础上，第一整流电路15包括第一单相不控整流桥模块152、第二单相不控整流桥模块153及第三单相不控整流桥模块154，第一单相不控整流桥模块152、第二单相不控整流桥模块153及第三单相不控整流桥模块154为三个相同的单相不控整流模块，各个单相不控整流桥模块包括交流输入接口C、直流电流流出接口A+及直流电流流入接口B-，连接三个所述单相不控整流模块的直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个单相不控整流模块的直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一单相不控整流桥模块152的交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二单相不控整流桥模块153的交流输入接口C作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三单相不控整流桥模块154的交流输入接口C作为第一整流电路的第三交流输入接口。
实施例三
请参阅图6，图6为本发明预充电装置实施例三的结构电路图；
在本实施例中，第一整流电路包括第一二极管串联桥臂155、第二二极管串联桥臂156及第三二极管串联桥臂157，所述第一二极管串联桥臂155、第二二极管串联桥臂156及第三二极管串联桥臂157为三个相同的二极管串联桥臂，各个所述二极管串联桥臂由n个二极管按电流方向一致的方式串联构成，各个二极管包括电流流入连接点A及电流流出连接点K，第一个所述二极管的连接点K作为所述二极管串联桥臂的第一连接点J1，第n个所述二极管的连接点A作为所述二极管串联桥臂的第二连接点J2，第n/2个二极管的连接点A作为二极管串联桥臂的第三连接点J3，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J1作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J2作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一二极管串联桥臂155的连接点J3作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二二极管串联桥臂156的连接点J3作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三二极管串联桥臂157的连接点J3作为第一整流电路的第三交流输入接口。
实施例四
请参阅图7，图7为本发明预充电装置实施例四的结构电路图；
本实施例公开了一种三电平变流器，所述三电平变流器包括实施例一或实施例二或实施例三的预充电装置；
在实施例一或实施例二或实施例三的基础上，三相变压器14还包括第三三相绕组T3，所述第一三相绕组T1为低压侧绕组，第二三相绕组T2及第三三相绕组T3为高压侧绕组。
所述预充电装置还包括与第一整流电路15相同的第二整流电路17，直流母线16包括三电平变流器的正半母线及三电平变流器的负半母线，三相变压器14的第二三相绕组T2与第一整流电路15的三个交流输入接口连接，三相变压器14的第三三相绕组T3与第二整流电路的三个交流输入接口连接，第一整流电路15的两个直流接口连接三电平变流器的正半母线，第二整流电路17的两个直流接口连接三电平变流器的负半母线。
该预充电装置通过变压器进行变压隔离，达到使用低压常用器件对中、高压变流器直流母线进行预充电的效果，节省了成本，提高了预充电回路的可靠性。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种预充电装置，其特征在于，包括三相变压器、第一整流电路、直流母线；
所述三相变压器包含第一三相绕组T1、第二三相绕组T2；
所述第一三相绕组T1通过三相交流电缆连接至三相交流电源；
第一整流电路的三个交流接口与所述三相变压器的第二三相绕组T2连接；
第一整流电路为三相二极管不控整流电路，所述第一整流电路包括三个交流输入接口及两个直流输出接口，三个交流输入接口分别为第一交流输入接口、第二交流输入接口及第三交流输入接口，两个直流输出接口分别为直流电流流出接口及直流电流流入接口；
所述第一整流电路与三相变压器及直流母线连接。
2.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，所述预充电装置还包括对预充电回路进行过流分断保护的空气开关，所述空气开关设置于三相变压器与三相交流电源之间。
3.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，所述预充电装置还包括用于远程控制预充电回路投入或切出的投切接触器，所述投切接触器设置于三相变压器与三相交流电源之间。
4.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，所述预充电装置还包括用于限制预充电回路投入后过大的冲击电流的限流电阻，所述限流电阻设置于三相变压器与三相交流电源之间。
5.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，
所述直流母线包括直流母线接口P及直流母线接口N，所述直流母线接口P电位高于直流母线接口N的电位；所述第一整流电路的直流电流流出接口与所述直流母线端口P连接，所述第一整流电路直流电流流入接口与直流母线端口N连接。
6.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，
所述第一整流电路包括三相不控整流桥模块，所述三相不控整流桥模块包括交流输入接口C、交流输入接口D、交流输入接口E、直流电流流出接口A+、直流电流流入接口B-；所述直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，所述直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，所述交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，所述交流输入接口D作为第一整流电路的第二交流输入接口，所述交流输入接口E作为第一整流电路的第三交流输入接口。
7.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，所述第一整流电路包括第一单相不控整流桥模块、第二单相不控整流桥模块及第三单相不控整流桥模块，所述第一单相不控整流桥模块、第二单相不控整流桥模块及第三单相不控整流桥模块为三个相同的单相不控整流模块，各个单相不控整流桥模块包括交流输入接口C、直流电流流出接口A+及直流电流流入接口B-，连接三个所述单相不控整流模块的直流电流流出接口A+作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个单相不控整流模块的直流电流流入接口B-作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三单相不控整流桥模块的交流输入接口C作为第一整流电路的第三交流输入接口。
8.根据权利要求1所述的预充电装置，其特征在于，所述第一整流电路包括第一二极管串联桥臂、第二二极管串联桥臂及第三二极管串联桥臂，所述第一二极管串联桥臂、第二二极管串联桥臂及第三二极管串联桥臂为三个相同的二极管串联桥臂，各个所述二极管串联桥臂由n个二极管按电流方向一致的方式串联构成，各个二极管包括电流流入连接点A及电流流出连接点K，第一个所述二极管的连接点K作为所述二极管串联桥臂的第一连接点J1，第n个所述二极管的连接点A作为所述二极管串联桥臂的第二连接点J2，第n/2个二极管的连接点A作为二极管串联桥臂的第三连接点J3，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J1作为第一整流电路的直流电流流出接口，连接三个所述二极管串联桥臂的连接点J2作为第一整流电路的直流电流流入接口，第一二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第一交流输入接口，第二二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第二交流输入接口，第三二极管串联桥臂的连接点J3作为第一整流电路的第三交流输入接口。
9.根据权利要求6至8任一所述的预充电装置，其特征在于，所述三相变压器还包括第三三相绕组T3，所述第一三相绕组T1为低压侧绕组，第二三相绕组T2及第三三相绕组T3为高压侧侧绕组。
10.一种采用权利要求9所述的预充电装置的三电平变流器，其特征在于，所述预充电装置还包括与所述第一整流电路相同的第二整流电路，所述直流母线包括三电平变流器的正半母线及三电平变流器的负半母线，所述三相变压器的第一三相绕组T1与第一整流电路的三个交流输入接口连接，所述三相变压器的第二三相绕组T2与第二整流电路的三个交流输入接口连接，所述第一整流电路的两个直流接口连接三电平变流器的正半母线，第二整流电路的两个直流接口连接三电平变流器的负半母线。
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