专利名称：：大功率模块化直流供电装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种直流供电领域，特别是指一种大功率模块化直流供电装置。
背景技术：
：直流供电领域是目前国家大力发展的关系国计民生的重要行业，直流供电装置在城市轨道交通、矿山牵引、港口吊车等领域都有重要应用，前景广阔。但是，目前的直流供电装置在应用中尚存在许多问题。下面以城市轨道交通的牵引供电系统为例进行说明。目前城市轨道交通主要采用750V和1500V两种直流供电制式，一般采用12脉波或24脉波二极管不控整流。这种供电方式沿用至今已经有几十年历史，具有装置结构简单、性能可靠的优点。但是使用这种装置，供电的直流电压不可控、输出电压波动大、对交流电网的谐波污染大等问题也很突出。此外，由于城轨车辆需要频繁的起动和制动，而在车辆快速启动时，需要的牵引功率很大，由二极管不控整流输出的直流电压会迅速跌落，装置的输出特性很软；在车辆制动时，会造成直流侧能量累积、直流输出电压抬高，由于现有装置中二极管具有单向导电性，从而无法将直流侧的多余能量回馈到交流侧电网，必须另加额外的装置对这些能量进行处理。目前在城市轨道交通牵引供电系统中，在车辆制动时处理直流侧累积的能量、防止直流侧电压抬高所采用的主要技术手段有使用制动电阻装置、使用飞轮储能装置、使用电容储能装置、使用晶闸管逆变装置。使用制动电阻装置时，供电系统中直流侧的能量仍然无法进行回馈，只是通过制动电阻器将多余的电能转化为热能的最终散失在空气中。使用这种方式显然并未达到将直流侧电能回馈到交流侧的目的，仅仅起到了限制直流侧电压的作用，将直流侧多余的能量消耗掉，能量浪费严重；使用飞轮储能装置可以将直流侧的多余能量临时储存在高速转动的飞轮之中，当直流供电系统负荷加大时，飞轮储能装置可以将存储在飞轮中的能量释放出来。这种方式与采用制动电阻方式相比，直流侧的多余能量可以缓存到飞轮中，避免了能量的浪费。但是由于飞轮是精密机械部件，尽管采用了相关的轴承技术，其寿命仍然有限，维护和更换起来十分复杂。由于相关装置国内并不能生产，完全依赖进口，价格十分昂贵，也大大加大了直流供电系统的成本；使用电容储能装置，其功能与使用飞轮储能装置类似，可以将直流侧的多余能量进行缓存，必要时再释放出来。但是此类装置一般容量较小，可以存储的能量有限，不能完全满足大容量直流供电系统直流侧能量回馈的需要。并且相关装置国内仍然无法制造，价格昂贵，成本较高；使用晶闸管逆变装置，直流能量可以通过逆变装置逆变成交流能量向交流侧回馈。但是由于现有装置中采用的是相控晶闸管，在直流侧能量回馈交流侧时，装置输入到交流电网的谐波含量很大，影响了交流电网的供电质量，使用起来也有不足之处。综上所述，研制出一种直流侧电压稳定、系统响应快、可控性好、交流侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能量能够双向传输的新型直流供电装置具有重要意义，对于节能减排可以起到十分积极的作用。
实用新型内容本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种大功率模块化直流供电装置，目的是为直流供电系统提供一种高性能的供电装置。该装置输出直流电压稳定，能够将装置的直流侧能量向装置交流侧的交流电网进行回馈，并且对交流电网谐波污染小。由于所述装置是采用多个相同的双向功率单元多重化并联工作，因而在实际的应用中可以根据直流供电线路上的负荷情况灵活选取供电装置中双向功率单元的组数，并且对某个双向功率单元进行常规维护时或者其发生故障时，可以直接将该双向功率单元在线取下，而不会对整个系统内其他双向功率单元的工作情况产生任何影响，从而做到装置的维护和检修不停机、不断电，直流供电系统的可靠性高，并且高度模块化。本实用新型的目的可以通过以下措施来达到大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成，双向功率单元构成如下装置中有三个双向功率单元，每个双向功率单元的直流侧并联，每个双向功率单元各器件具体的连接构成是十二只反并联二极管的逆导型管GxlL、Gx2L、Gx3L、Gx4L、Gx5L、Gx6L、GxlR、Gx2R、Gx3R、Gx4R、Gx5R、Gx6R，其中GxlL禾口Gx4UGx2L禾口Gx5UGx3L禾口Gx6L、GxlR和Gx4R、Gx2R和Gx5R、Gx3R和Gx6R串联形成六个桥臂，桥臂正、负两端分别并联到一起，桥臂的正端接用于测量直流输出电流Sx2的右端，桥臂的负端接在一起后接双向功率单元的直流负母线N，Sx2的左端接双向功率单元的直流正母线P，直流电压传感器Sxl的上端接P，下端接N，^的正极接到Sx2的右端，负极接到N上。每个双向功率单元还接入了曲折连接的变压器的其中三个初级绕组Txl、Tx2、Tx3，其中GxlL和Gx4L的连接点接到Sx3的左端，Sx3的右端接到Txl的同名端，Txl的非同名端接到GxlR和Gx4R的连接点，Gx2L和Gx5L连接点接到Sx4的左端，Sx4的右端接到Tx2的同名端，Tx2的非同名端接到Gx2R和Gx5R的连接点，Gx3L和Gx6L的连接点接到Tx3的同名端，Tx3的非同名端接到Gx3R和Gx6R的连接点，测量两相交流电压Sx5的上端接到Sx3的左端，Sx5的下端接到Sx4的左端，测量两相交流电压Sx6的上端接到Sx4的左端，Sx6的下端接到Tx3的同名端；曲折连接的变压器组成如下各单相变压器的初级绕组为连接l号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Tll、T12、T13，连接2号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T21、T22、T23，连接3号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T31、T32、T33，共有九个初级绕组；各单相变压器的次级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器各有一个次级绕组T1卜1、T12-1、T13-1，连接2号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T2卜l、T21-2、T22-l、T22-2、T23-l、T23-2，连接3号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T31-1、T31-2、T32-1、T32-2、T33-1、T33-2，共十五个次级绕组；Tll-l的同名端接到装置交流侧的A相端子上，T11-1的非同名端接到T21-1的同名端，T21-l的非同名端接到T22-2的非同名端，T22-2的同名端接到T31-1的同名端，T31-1的非同名端接到T32-2的非同名端，T32-2的同名端接三相的中点；T12-l的同名端接到装置交流侧的B相端子上，T12-l的非同名端接T22-l的同名端，T22-l的非同名端接T23-2的非同名端，T23-2的同名端接T32-1的同名端，T32-l的非同名端接T33-2的非同名端，T33-2的同名端接三相的中点；T13-l的同名端接到装置交流侧的C相端子上，T13-l的非同名端接T23-l的同名端，T23-l的非同名端接T21-2的非同名端，T21-2的同名端接T33-1的同名端，T33-l的非同名端接T31-2的非同名端，T31-2的同名端接三相的中点；各单相变压器的初级绕组和次级绕组的匝比为Tll:Tll-l、T12:T12—1和T13:T13—1的匣比=1:《=1:《*(;0530°;T21:T21—l、T22:T22—1禾口T23:T23—l的距比=1:尺2=1:《*cos50°;T21:T21—2、T22:T22—2禾卩T23:T23—2的區比二1:尺3=1:〖*(^70°;T31:T31—1、T32:T32—1禾卩T33:T33-l的距比=1:尺3二1:《*>570°;T31:T31-2、T32:T32—2禾卩T33:T33—2的匣比=1:尺2二1:兀*(^50°;上述表达式中的K值根据所述直流供电装置实际输出的直流侧电压和交流侧电网电压的相对关系进行确定，具体的确定方法为-^-，其中，^为交流侧电网电^[cos30°+2cos50°cos20°+2cos70°cos40°]压的幅值，t^为装置直流侧的直流电压。滤波电容C"的两端分别接到装置的A相和B相端子上，滤波电容C,2的两端分别接到装置的B相和C相端子上，滤波电容C,3的两端分别接到装置的A相和C相端子上。逆导型管采用内部集成了电流检测电路的智能功率模块IPM，可省去交流电流传感器。本实用新型相比现有技术具有如下优点(1)所述直流供电装置中采用了多个双向功率单元，各双向功率单元的交流侧通过曲折连接的变压器实现电压叠加、直流侧并联工作，装置的直流侧供电电压稳定、交流侧功率因数高、谐波含量小，而且交直流两侧的能量可以双向流动，直流侧的多余能量可以向交流侧电网回馈，节能效果明显；(2)所述直流供电装置中采用模块化工作方式，每个双向功率单元自成一个模块，各模块高度集成，可以根据实际供电系统的容量需要灵活选择所述直流供电装置实际使用的双向功率单元模块的数量，十分方便。使用所述直流供电装置进行供电的直流供电系统，设计简单，扩容容易；(3)所述直流供电装置中各双向功率单元可以在线检修和维护，直流供电系统的检修和维护能够做到不停机，不断电；(4)所述直流供电装置中各功率开关管均采用方波控制，工作频率为工频50Hz，开关损耗小，整个装置的效率高；(5)所述直流供电装置的控制方法中采用基于同步旋转坐标系的电压电流双闭环控制方法，整个装置的直流侧输出电压稳定、动态响应快；(6)所述直流供电装置中采用d轴电流(有功电流)和q轴电流(无功电流)分别进行控制的方法，使得装置传输的有功功率和无功功率可以分别得到控制，便于实现装置的高功率因数运行。图l所述大功率模块化直流供电装置系统组成框图;图2双向功率单元结构图；图3曲折连接的变压器接线图；图4所述直流供电装置主电路结构图5所述直流供电装置控制框图；图6所述直流供电装置等效电路图；图7所述直流供电装置单位功率因数整流向量图；图8所述直流供电装置单位功率因数逆变向量图。具体实施方式以下结合附图说明如下请参考图1所述大功率模块化直流供电装置系统组成框图，大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成。装置中有三个双向功率单元，以实现交直流两侧的能量转换各双向功率单元的交流侧电压由曲折连接的变压器进行叠加，产生三相对称的18阶梯波交流线电压；各双向功率单元的直流侧并联工作。曲折连接的变压器同时还可以起到隔离的作用。采用这种结构方式，所述直流供电装置实现了双向功率单元的模块化和各双向功率单元模块的多重化并联工作，扩大了供电容量，提高了装置的冗余性和可靠性。请参考图2双向功率单元结构图，所述直流供电装置中的三个双向功率单元其结构完全相同。各符号中的X取值为1、2、3，分别对应三个双向功率单元。每个双向功率单元包括十二只逆导型管IGBT(GxlL、Gx2L、Gx3L、Gx4L、Gx5L、Gx6L、GxlR、Gx2R、Gx3R、Gx4R、Gx5R、Gx6R;所谓逆导型是指每个IGBT都有一个反并联二极管以实现装置直流侧能量的反向流动)、直流支撑电容器Q，直流电压传感器Sxl、直流电流传感器Sx2、交流电流传感器Sx3和Sx4、交流电压传感器Sx5和Sx6，另外，每个双向功率单元还接入了曲折连接的变压器的其中三个初级绕组Txl、Tx2、Tx3。在各双向功率单元中，依据各功率开关管驱动信号的触发相位角可以将双向功率单元分为超前侧和滞后侧两个部分。超前侧包括GxlL、Gx2L、Gx3L、Gx4L,Gx5L和Gx6L，滞后侧包括GxlR，Gx2R，Gx3R，Gx4R，Gx5R和Gx6R。每两只IGBT串联组成一个桥臂，每个双向功率单元的十二只功率开关管共组成六个桥臂(GxlL和Gx4L、Gx2L和Gx5L、Gx3L禾卩Gx6L、GxlR禾口Gx4R、Gx2R和Gx5R、Gx3R和Gx6R分别两两组成一个桥臂)。依据所输出的交流电压的相位的不同，可以将六个桥臂分成A、B、C三相。A相包括GxlL、Gx礼、GxlR、Gx4R，其中GxlL位于超前侧内的桥臂的上方位置，GxlR位于滞后侧内的桥臂的下方位置，Gx4L和Gx4R分别是与他们位置互补的功率开关管，GxlL和Gx4L的桥臂的中点以及GxlR和Gx4R的桥臂的中点分别作为A相的左右两个输出端；B相包括Gx2L、Gx5L、Gx2R、Gx5R，其中Gx2L位于超前侧内的桥臂的上方位置，Gx2R位于滞后侧内的桥臂的下方位置，Gx5L和Gx5R分别是与他们位置互补的功率开关管，Gx2L和Gx5L的桥臂的中点以及Gx2R和Gx5R的桥臂的中点分别作为B相的左右两个输出端；C相包括Gx3L、Gx6L、Gx3R、Gx6R，其中Gx3L位于超前侧内的桥臂的上方位置，Gx3R位于滞后侧内的桥臂的下方位置，Gx6L和Gx6R分别是与他们位置互补的功率开关管，Gx3L和Gx6L的桥臂的中点以及Gx3R和Gx6R的桥臂的中点分别作为C相的左右两个输出端。各器件具体的连接方式为六个桥臂的上下两端分别并联到一起上面一端连接在一起后接Sx2的右端，下面一端连接在一起后接双向功率单元的直流负母线N;Sx2的左端接双向功率单元的直流正母线P;Sxl的上端接P，下端接N;Q的正极接到Sx2的右端，负极接到N上。A相的左输出端接到Sx3的左端，Sx3的右端接到Txl的同名端，Txl的非同名端接到A相的右输出端；B相的左输出端接到Sx4的左端，Sx4的右端接到Tx2的同名端，Tx2的非同名端接到B相的右输出端；C相的左输出端接到Tx3的同名端，Tx3的非同名端接到C相的右输出端；Sx5的上端接到Sx3的左端，Sx5的下端接到Sx4的左端；Sx6的上端接到Sx4的左端，Sx6的下端接到C相的左输出端。所述直流支撑电容Q用于滤除直流电压纹波，稳定直流电压；所述Sxl用于测量直流电压f^,;所述Sx2用于测量直流输出电流4;所述Sx3和Sx4用于测量两相交流电流,'。和^所述Sx5和Sx6用于测量两相交流电压"。和逆导型管采用内部集成了电流检测电路的智能功率模块IPM，可省去交流电流传感器。请参考图3曲折连接的变压器的接线图，所述直流供电装置中曲折连接的变压器共由九个单相变压器组成。各单相变压器的初级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为Til,T12，T13，连接2号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T21，T22，T23，连接3号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T31，T32，T33，共有九个初级绕组；各单相变压器的次级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器各有一个次级绕组(Til-1，T12-l，T13-l)，连接2号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组(T21-l，T21-2，T22-l，T22-2，T23-1，T23-2)，连接3号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组(T31-1，T31-2，T32-1，T32-2，T33-l，T33-2)，共十五个次级绕组。各单相变压器的初级绕组和次级绕组的同名端如图3中的"*"所示。各初级绕组和次级绕组的另一端均为非同名端。曲折连接的变压器具体的连接方式为Tll，T21，T31的同名端分别接到接l、2、3号双向功率单元A相的左侧输出端，Tll，T21，T31的非同名端分别接到接l、2、3号双向功率单元A相的右侧输出端；T12，T22，T32的同名端分别接到接1、2、3号双向功率单元B相的左侧输出端，T12，T22，T32的非同名端分别接到接1、2、3号双向功率单元B相的右侧输出端；T13,T23，T33的同名端分别接到接l、2、3号双向功率单元C相的左侧输出端，T13，T23，T33的非同名端分别接到接1、2、3号双向功率单元C相的右输出端；T11-1的同名端接到装置交流侧的A相端子上；T12-l的同名端接到装置交流侧的B相端子上；T13-1的同名端接到装置交流侧的C相端子上;Tll-l的非同名端接到T2卜l的同名端；T12-l的非同名端接到T22-1的同名端；T13-l的非同名端接到T23-l的同名端；T21-1的非同名端接到T22-2的非同名端；T22-l的非同名端接到T23-2的非同名端；T23-l的非同名端接到T21-2的非同名端；T21-2的同名端接到T33-l的同名端；T22-2的同名端接到T31-l的同名端；T23-2的同名端接到T32-l的同名端；T31-l的非同名端接到T32-2的非同名端；T32-1的非同名端接到T33-2的非同名端;T33-l的非同名端接到T31-2的非同名端；T31-2、T32-2和T33-2的同名端接到三相的中点。各单相变压器的初级绕组和次级绕组的匝比为Tll:Tll-l、T12:T12-1和T13:T13-1的距比=1&=1/C*cos30°T21:T21--1、T22:T22-1和T23:T23-l的匝比=1&二1/C*cos50°T21:T21--2、T22:T22-2和T23:T23-2的胆比=1《二lAT*cos70°T31:T31--1、T32:T32-1禾口T33:T33-l的匝比=1《3=1AT*cos70。T31:T31--2、T32:T32-2和T33:T33-2的匣比=1K2=lPcos5(T上述表达式中的K值根据所述直流供电装置实际输出的直流侧电压和交流侧电网电压的相对关系进行确定，具体的确定方法为《=^-^-，其中，t^为交流侧电网电~^[cos30°+2cos50°cos20°+2cos70°cos40。]压的幅值，t^为装置直流侧的直流电压。采用上述双向功率单元结构和曲折连接的变压器的接线方式，所述直流供电装置的主电路详细结构图如图4所示。图中省略了各双向功率单元中的传感器Sxl、Sx2、Sx3、Sx4、Sx5、Sx6(x二l、2、3)。图中的C"、C/2、C/3为装置交流侧的滤波电容，他们与曲折连接的变压器各副边的合成漏感形成滤波电路，滤除装置交流侧的谐波。其具体的连接方式为。1的两端分别接到装置的A相和B相端子上，C^的两端分别接到装置的B相和C相端子上，(7/3的两端分别接到装置的A相和C相端子上。一种大功率模块化直流供电装置的控制方法，其具体实施原理为一、所述控制方法的具体步骤所述直流供电装置的控制框图如图5所示。控制过程中将各相关的控制量由三相静止坐标系中的三相交流量(A、B、C三相)转换为同步旋转坐标系中的两相直流量(d轴、q轴)进行控制。为了实现对装置直流侧输出电压的控制，控制中设置了电压外环。控制中设置了电流内环以加快系统的响应速度以及实现对交流侧电流的控制，并且电压、电流环中的各PI控制器均采用软件方法编程实现，同时实现了防积分饱和的特性，提高了控制性能。所述控制方法的具体步骤为第1步使用装置直流侧电压的给定值^和装置直流侧的电压^在电压外环中对装置直流侧的电压进行闭环负反馈控制。电压外环中PI控制器1的输出作为电流内环d轴电流(有功电流)的给定值/:，而q轴电流(无功电流)的给定值<恒定为0;第2步在控制过程中通过装置交流侧电压^、"b得到电网电压同步角第3步利用角"，采用坐标变换的方法将三相静止坐标系中的装置交流侧电流/。、/6转换成同步旋转坐标系中的装置交流侧的d轴电流^和q轴电流^;第4步PI控制器2和PI控制器3使用/:、《，结合^、^在电流内环中对d轴电流和q轴电流进行闭环负反馈控制。电流内环中d轴电流内环的输出作为装置输出的d轴电压的给定值^，q轴电流内环的输出作为装置输出的q轴电压的给定值《；第5步通过":、《计算出相应的f(装置交流侧输出电压的幅值给定角，对应于装置交流侧输出电压的幅值给定值)和/(装置交流侧输出电压的相位给定角，对应于装置交流侧输出电压的相位给定值)；第6步使用电网电压的相位角《并结合得出的/和/，产生基本的四路驱动信号(G11L，G14L，G11R，G14R)，经过移相后，产生各路脉宽18(T、变化频率50Hz的移相方波驱动信号，驱动各双向功率单元内的功率开关管工作。其中，第6步中的功率开关管驱动信号产生方法的具体实施步骤为1.产生基本的四路驱动信号(G11L，G14L，G11R和G14R的驱动信号)。产生两路脉宽18(T、变化频率50^、相位分别为《+/+//2和《+/-/'/2的方波信号作为G11L和G11R的驱动信号，G14L和G14R的两路驱动信号分别由G11L和G11R的驱动信号取反获得。2.在基本的四路驱动信号的基础上进行移相，产生其他各路驱动信号。总的驱动信号共需要36路，各路驱动信号的相位与功率开关管G11L的驱动信号的相位之间的差，即各路驱动信号相对于G11L的驱动信号的移相角如表1中所示。表中的-是前述的装置交流侧输出电压的幅值给定角。G11L0°G21L20°G31L40°G12L120°G22L140°G32L160°G13L240°G23L260°G33L280°G14L180°G24L160°G34L140'G15L60°G25L40°G35L20°G16L-60°G26L-80°G36L-100°G11R0°-/G21R20°G31R40°-G12R120°G22R140°-"'G32R160°-,G13R240°_yS*G23R260°-,G33R280'-fG14R180°G24R160'G34R140。G15R60°+/G25R40'+G35R20°+/G16R-60°+/,G26R_80°G36R-100°表1驱动信号移相角表根据表l中的移相角，结合/T，就可以在基本的四路驱动信号的基础上迸行移相，产生全部的36路驱动信号。装置工作过程分析采用前述的双向功率单元结构和各功率开关管的驱动信号，各双向功率单元输出的交流电压的各次谐波分量的表达式为(以1号双向功率单元为例)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(3)其中，n为谐波级次。通过曲折连接的变压器通过初级绕组和次级绕组的匝比对这些移相后的交流电压先进行幅值变换，然后结合曲折接线方式对他们进行叠加后，在所述装置的交流侧的交流线电压的各次谐波分量的表达式为(以装置的A相为例)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(6)其中，n为谐波级次，&:《2:《3=cos30°:cos5(T:cos7(TA、B、C三相中，3的整倍次谐波在三线制中可以自然消除，n为偶数时mj"、、"c"均为零。当《尺2:《3=cos30°:cos5(T:cos70。，代入上式可以得至U，n二5、7、11、13时"^、、、i均为零。这样，交流线电压中最低谐波级次为17次，谐波级次低于17次的各谐波电压的幅值均为零。各谐波级次为n二18k土l(k=l、2、3……)，从而大大降低了交流侧电压的谐波含量。另外，从式(4)——(6)可见，通过控制々'和/，可以分别独立地对所述装置交流侧电压基波的幅值和相位进行控制。根据这个特性，可以将所述装置等效为一个幅值和相位均可调的可变交流电压源，它通过曲折连接的变压器各副边的合成漏感(也可另加滤波电抗)及引线电阻(图中已忽略)与电网电压相互作用，其等效电路及向量图如图6—一图8所示。请参考图6所述直流供电装置等效电路图，所述直流供电装置接入交流电网时，包含装置交流侧输出电压向量K、电网电压向量K以及装置交流侧电流向量/的等效电路图。图中的Z。是合成漏感对应的交流阻抗。请参考图7所述直流供电装置单位功率因数整流向量图，也就是处于直流供电工况时的向量图。如图中所示，装置交流侧的电流与电压的夹角可以达到(T，从而功率因数为1。这时能量的流动方向是由交流电网向装置的交流侧流动，由于装置正工作于整流状态，可以将输入到其交流侧的能量转换到其直流侧，所以这时系统中总的能量流动方向是由交流电网侧向直流供电侧流动。请参考图8所述直流供电装置单位功率因数逆变向量图，也就是处于能量回馈工况时的向量图。如图中所示，装置交流侧的电流与电压的夹角可以达到18(T，从而功率因数为-1。这时能量的流动方向是由装置的交流侧向交流电网流动，由于装置正工作于逆变状态，可以将其直流侧的能量转换到其交流侧，所以这时系统中总的能量流动方向是由直流供电侧向交流电网侧流动。由上所述，通过所述控制方法，可以实现装置的高功率因数工作，并且装置交直流两侧的能量可以双向流动，既可以工作于直流供电工况，也可以工作于直流侧能量回馈工况。具体实施例本实施例所述直流供电装置，直流电压为1500V，交流电压为IOKV，功率1600kW。本实施例所述直流供电装置，如图1所示，其特征在于由双向功率单元和曲折连接的变压器组成。整个主电路共由三个双向功率单元组成，各双向功率单元的结构如图2所示。主电路结构如图4所示。所述装置主电路中各功率开关管采用1200A，3300V的三菱IPM模块，型号PM1200HCE330。所述装置主电路内的各直流正母线和直流负母线均采用无感母排，以减小寄生参数对主电路的影响。所述装置中各双向功率单元内的直流支撑电容器C耐压为2000V，容量为20000ixF，由多个400V耐压的电解电容串并联而成，型号为HCGF5A2G682Y。各双向功率单元内的交流电压传感器和直流电压传感器均采用LEM公司的产品，测量范围为100-2500V的电压传感器，型号为LV100。各双向功率单元内的直流电流传感器采用LEM公司1500A的电流传感器，型号为BLFK-S3。各双向功率单元内的交流电流传感器采用LEM公司3000A的电流传感器，型号为BLFK-SIO。所述装置中的曲折连接的变压器各单相变压器初级和次级绕组的匝比满足下面关系<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>所述装置中的各变压器均采用环氧树脂浇注干式变压器，变压器总容量1600kVA。所述装置中网侧的交流滤波电容器容量为3.31uF，耐压12kV，型号为CRBGR12-150-3W。装置的控制框图如图5所示，其中/。、^为装置输出侧的两相交流电流，Ma、"b为装置输出侧的两相交流电网电压，f^为装置直流侧电压。所述装置具体的控制过程为第l歩使用装置直流侧电压的给定值t/1(1500V)和装置直流侧的电压^在电压外环中对装置直流侧的电压进行闭环负反馈控制。电压外环中PI控制器1的输出作为电流内环d轴电流(有功电流)的给定值/:，而Q轴电流(无功电流)的给定值/:恒定为0;第2步在控制过程中通过装置交流侧电压^、"b得到电网电压同步角第3步利用角《，采用坐标变换的方法将三相静止坐标系中的装置交流侧电流/。、，、转换成同步旋转坐标系中的装置交流侧的d轴电流^和q轴电流^;第4步PI控制器2和PI控制器3使用/:、《，结合^、^在电流内环中对d轴电流和q轴电流进行闭环负反馈控制。电流内环中d轴电流内环的输出作为装置输出的d轴电压的给定值^，q轴电流内环的输出作为装置输出的q轴电压的给定值《；第5步通过"、《计算出相应的/T(装置交流侧输出电压的幅值给定角，对应于装置交流侧输出电压的幅值给定值)和/(装置交流侧输出电压的相位给定角，对应于装置交流侧输出电压的相位给定值)；第6步使用电网电压的相位角《并结合得出的/和/，产生基本的4路(G11L，G14L，G11R，G14R)匿、50Hz方波驱动信号，叠加上相应的移相角后，产生共36路脉宽180'、变化频率50Hz的方波驱动信号，驱动各功率开关管工作。第6步中各功率开关管的驱动信号的移相角如表1所示。以上所述仅为本实用新型的一个实施例，不能以之限定本实用新型的实施范围，故同类组件的置换，以及基本原理与本实用新型所述控制方法相同的控制方法，皆属本专利保护范围。权利要求1、一种大功率模块化直流供电装置，其特征在于大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成，双向功率单元构成如下装置中有三个双向功率单元，每个双向功率单元的直流侧并联，每个双向功率单元各器件具体的连接构成是十二只反并联二极管的逆导型管Gx1L、Gx2L、Gx3L、Gx4L、Gx5L、Gx6L、Gx1R、Gx2R、Gx3R、Gx4R、Gx5R、Gx6R，其中Gx1L和Gx4L、Gx2L和Gx5L、Gx3L和Gx6L、Gx1R和Gx4R、Gx2R和Gx5R、Gx3R和Gx6R串联形成六个桥臂，桥臂正、负两端分别并联到一起，桥臂的正端接用于测量直流输出电流Sx2的右端，桥臂的负端接在一起后接双向功率单元的直流负母线N，Sx2的左端接双向功率单元的直流正母线P，直流电压传感器Sx1的上端接P，下端接N，Cdx的正极接到Sx2的右端，负极接到N上。每个双向功率单元还接入了曲折连接的变压器的其中三个初级绕组Tx1、Tx2、Tx3，其中Gx1L和Gx4L的连接点接到Sx3的左端，Sx3的右端接到Tx1的同名端，Tx1的非同名端接到Gx1R和Gx4R的连接点，Gx2L和Gx5L连接点接到Sx4的左端，Sx4的右端接到Tx2的同名端，Tx2的非同名端接到Gx2R和Gx5R的连接点，Gx3L和Gx6L的连接点接到Tx3的同名端，Tx3的非同名端接到Gx3R和Gx6R的连接点，测量两相交流电压Sx5的上端接到Sx3的左端，Sx5的下端接到Sx4的左端，测量两相交流电压Sx6的上端接到Sx4的左端，Sx6的下端接到Tx3的同名端；曲折连接的变压器组成如下各单相变压器的初级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T11、T12、T13，连接2号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T21、T22、T23，连接3号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T31、T32、T33，共有九个初级绕组；各单相变压器的次级绕组为连接1号双向功率单元的三个单相变压器各有一个次级绕组T11-1、T12-1、T13-1，连接2号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T21-1、T21-2、T22-1、T22-2、T23-1、T23-2，连接3号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T31-1、T31-2、T32-1、T32-2、T33-1、T33-2，共十五个次级绕组；T11-1的同名端接到装置交流侧的A相端子上，T11-1的非同名端接到T21-1的同名端，T21-1的非同名端接到T22-2的非同名端，T22-2的同名端接到T31-1的同名端，T31-1的非同名端接到T32-2的非同名端，T32-2的同名端接三相的中点；T12-1的同名端接到装置交流侧的B相端子上，T12-1的非同名端接T22-1的同名端，T22-1的非同名端接T23-2的非同名端，T23-2的同名端接T32-1的同名端，T32-1的非同名端接T33-2的非同名端，T33-2的同名端接三相的中点；T13-1的同名端接到装置交流侧的C相端子上，T13-1的非同名端接T23-1的同名端，T23-1的非同名端接T21-2的非同名端，T21-2的同名端接T33-1的同名端，T33-1的非同名端接T31-2的非同名端，T31-2的同名端接三相的中点；各单相变压器的初级绕组和次级绕组的匝比为T11T11-1、T12T12-1和T13T13-1的匝比＝1∶K1＝1∶K*cos30°；T21T21-1、T22T22-1和T23T23-1的匝比＝1∶K2＝1∶K*cos50°；T21T21-2、T22T22-2和T23T23-2的匝比＝1∶K3＝1∶K*cos70°；T31T31-1、T32T32-1和T33T33-1的匝比＝1∶K3＝1∶K*cos70°；T31T31-2、T32T32-2和T33T33-2的匝比＝1∶K2＝1∶K*cos50°；上述表达式中的K值根据所述直流供电装置实际输出的直流侧电压和交流侧电网电压的相对关系进行确定，具体的确定方法为其中，Uac为交流侧电网电压的幅值，Udc为装置直流侧的直流电压。2、如权利要求l所述的一种大功率模块化直流供电装置，其特征在于滤波电容C,i的两端分别接到装置的A相和B相端子上，滤波电容C^的两端分别接到装置的B相和C相端子上，滤波电容^,的两端分别接到装置的A相和C相端子上。3、如权利要求1或2所述的一种大功率模块化直流供电装置，其特征在于逆导型管采用内部集成了电流检测电路的智能功率模块IPM，可省去交流电流传感器。专利摘要本实用新型涉及一种大功率模块化直流供电装置，由双向功率单元和曲折连接的变压器组成。有三个双向功率单元，每个双向功率单元包括十二只逆导型管IGBT，形成六个桥臂，每桥臂接入了曲折连接的变压器的初级绕组Tx1、Tx2、Tx3。并接有电压和电流的传感器，双向功率单元的交流侧电压由曲折连接的15个次级绕组相位叠加，在每两相间接有滤波电容，产生三相对称的18阶梯波交流线电压，各双向功率单元的直流侧并联工作。该供电装置直流输出电压稳定、系统响应快、可控性好、交流侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能量能够双向传输，对于节能减排可以起到十分积极的作用。文档编号H01F27/28GK201215892SQ20082010859公开日2009年4月1日申请日期2008年6月18日优先权日2008年6月18日发明者刁利军,刘志刚,卢西伟,钢张,李哲峰,林文立,樱梅,沈茂盛,牟富强,威狄,磊王,罗荣娅,贾利民,赵明花申请人:北京交通大学