一种用于可变速抽水蓄能发电系统的级联式交流励磁装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及抽水蓄能发电领域，特别涉及一种用于可变速抽水蓄能发电系统的级联式交流励磁装置。
【背景技术】
[0002]抽水蓄能电站具有启动快、运行灵活的特点，在系统中可承担填谷、调峰、调频、调相和紧急备用等任务。传统的电动一发电机组采用直流励磁的传统同步发电机，调速比较困难且运行特性差，此外这类机组作电动状态运行时，起动比较困难。而采用交流励磁装置供电的交流励磁发电机取代传统的电动一发电机组，即可有效解决传统抽水蓄能机组所存在的调速或水轮发电机的变速运行等问题。
[0003]运行于可变速抽蓄电站的交流励磁发电机转子侧额定电压一般在几千伏左右等级，交流励磁装置并网端一般通过降压变压器接入定子端，降压变压器副边电压一般也接近交流励磁发电机转子侧额定电压等级。目前，国内外许多公司都推出各自的交流励磁装置，这些产品采用不同的整流器和逆变器而组成不同的拓扑结构设计和控制方案。比较典型的是采用IGCT和IEGT等高压全控型开关器件，虽然可以减小器件的用量，但是成本昂贵，且器件受制于少数外企，电压等级的扩展也受限。
[0004]级联H桥拓扑技术可以用传统的低压开关器件满足高压场合的应用需求，目前广泛应用于高压同步电机或鼠笼感应电机变频调试场合。这种应用场合一般要求能量单向流动，即实现电机拖动，不能实现能量的回馈，从而决定了目前的级联H桥拓扑在并网端多采用不控整流的拓扑结构。而给交流励磁发电机供电的交流励磁装置，必须要求能量的双向流动，故需要提出新的级联H桥拓扑结构和控制策略，以满足交流励磁发电机的励磁需求。
[0005]现有相关专利有专利申请号为:CN201410471319.2，申请日为:2014-9_16，名称为“发电机三相交流励磁系统的拓扑结构及装置”的发明专利，以及专利申请号为CN201410472111.2，申请日为:2006-10_26，名称为“三级式无刷起动/发电机交、直流混合励磁系统的拓扑结构及装置”的发明专利。
[0006]上述专利虽然从电网侧看是一种交流励磁装置，但它们都是用于传统的转子直流励磁同步发电机组。尽管采用了励磁机与副励磁机，但从发电机组侧来看，其本质上还是一种直流励磁装置。
【发明内容】
[0007]本发明将提供一种在避免使用高耐压半导体开关器件的情况下实现交流励磁变流器输出电压等级的提升、同时还满足励磁变流器双向能量流动的要求的用于可变速抽水蓄能发电系统的新型级联式交流励磁装置。
[0008]为实现上述技术效果，本发明技术方案如下:
一种用于可变速抽水蓄能发电系统的级联式交流励磁装置，其特征在于:包括转子侧并网开关模块、多绕组变压器模块和三相级联式背靠背H桥模块；所述转子侧并网开关模块与多绕组变压器模块相连，所述多绕组变压器模块与三相级联式背靠背H桥模块相连。
[0009]所述转子侧并网开关模块包括一组三相输入侧端子和一组三相输出侧端子；
所述多绕组变压器模块包括一个原边绕组以及#属于A相的副边绕组、个属于B
相的副边绕组和个属于C相的副边绕组，其中/7为自然数，所有副边绕组均为单相绕组，彼此电气隔离，且额定电压相同；
所述三相级联式背靠背H桥模块包括结构相同的A相，B相和C相；
所述三相级联式背靠背H桥模块的A相、B相和C相均包括对输入端子、一个输出端子和一个中性点端子，其中/7为自然数；
所述转子侧并网开关模块的三相输入侧端子与三相电网相连，所述三相输出侧端子与所述多绕组变压器模块的原边绕组相连；
所述多绕组变压器模块的原边绕组与所述转子侧并网开关模块相连，所述多绕组变压器模块的个A相的副边绕组与所述三相级联式背靠背H桥模块的A相上的/7对输入端子对应相连；所述多绕组变压器模块的副边的个B相的副边绕组与所述三相级联式背靠背H桥模块的B相上的λ对输入端子对应相连；所述多绕组变压器模块的副边的个C相的副边绕组与所述三相级联式背靠背H桥模块的C相上的/7对输入端子对应相连，其中η为自然数；
所述三相级联式背靠背H桥模块的A相的输出端子连接至交流励磁发电机转子的A相绕组，所述三相级联式背靠背H桥模块的B相输出端子连接至交流励磁发电机转子的B相绕组，所述三相级联式背靠背H桥模块的C相输出端子连接至交流励磁发电机转子的C相绕组，所述三相级联式背靠背H桥模块的A相、B相和C相的中性点端子均连接至中性点N。
[0010]所述三相级联式背靠背H桥模块的A相、B相和C相中的各组均包括个相同的背靠背H桥单元，其中/7为自然数；
所述三相级联式背靠背H桥模块的A相中各背靠背H桥单元的整流侧H桥输入端子与所述多绕组变压器模块副边的A相各副边绕组对应相连；
所述三相级联式背靠背H桥模块的A相中各背靠背H桥单元逆变侧按菊花链方式级联，级联后形成一个输出端子以及一个中性点端子，其中输出端子连接至交流励磁发电机转子A相绕组，中性点端子连接至中性点N。
[0011 ] 所述背靠背H桥单元包括整流侧H桥、直流母线电容以及逆变侧H桥，形成并联背靠背结构；
整流侧H桥的整流侧直流正端子与直流母线电容正极以及逆变侧H桥的逆变侧直流正端子相连；整流侧H桥的整流侧直流负端子与直流母线电容负极以及所述逆变侧H桥的逆变侧直流负端子相连。
[0012]一对整流侧H桥的整流侧交流端子引出形成所述背靠背H桥单元的输入端子；一对逆变侧H桥的逆变侧交流端子引出形成所述背靠背H桥单元的输出端子。
[0013]所述整流侧H桥包括两个相互并联、且相同结构的开关桥臂。
[0014]每个所述开关桥臂包括上下串联的两个强迫换向开关器件，分别为上开关器件和下开关器件，其中上开关器件的发射极与下开关器件的集电极为串联公共点，所述公共点引出作为开关桥臂的交流端子；
上开关器件的集电极引出作为开关桥臂的直流正端子，下开关器件的发射极引出作为开关桥臂的直流负端子，两个开关桥臂的直流正端子连接到一起，直流负端子也连接到一起；
两个开关桥臂的两个交流端子均引出作为整流侧H桥输入端子。
[0015]所述逆变侧H桥结构与连接方式与所述整流侧H桥相同，逆变侧H桥的两个开关桥臂的两个交流端子均引出作为逆变侧H桥输出端子。
[0016]所述用于可变速抽水蓄能发电系统的级联式交流励磁装置按照以下方式工作: 正常工作时，交流励磁发电机的定子侧并网开关处于闭合状态，所述转子侧并网开关模块处于闭合状态，所述多绕组变压器模块原边接入电网，副边各个绕组则为各个背靠背H桥模块的整流侧提供彼此电气隔离的独立单相电压；
通过控制使所述三相级联式背靠背H桥模块的A相，B相，C相在输出端子和中性点N之间产生三相对称交变励磁电压，若该交变励磁电压的基波为正相序，则其基波频率/为正；若该交变励磁电压的基波为负相序，则其基波频率值/为负，要求该交变励磁电压的基波频率值/与交流励磁发电机的转子电频率的代数和等于电网电压的频率。同时要求该交变励磁电压具有适当的幅值，以保证交流励磁发电机达到期望的发电功率或者电动功率。
[0017]为在A相，B相，C相在输出端子和中性点N之间产生三相对称交变励磁电压，所述三相级联式背靠背H桥模块的A，B，C相分组中的各个背靠背H桥模块按如下方式工作:
通过控制各个背靠背H桥模块中整流侧强迫换向开关器件的导通情况，使得背靠背H桥模块的直流母线电压稳定在一个统一的额定值上，并要求该额定值略高于背靠背H桥模块整流侧在不控整流状态下的直流母线电压值；
通过控制各个背靠背H桥模块中逆流侧强迫换向开关器件的导通情况，使得同一相分组中的个背靠背H桥模块的逆变侧输出端之间产生/7个基波相位相同的脉宽调制波，其基波频率与所述三相级联式背靠背H桥模块产生的总励磁电压基波频率Zffi等，而其基波幅值则为所述三相级联式背靠背H桥模块产生的总励磁电压基波幅值的I//?。
[0018]本发明优点在于:
1、具有变频运行能力，能够满足抽水蓄能发电机组运行变速运行的励磁要求；
2、具有双向能量流动能力，能够同时满足抽水蓄能发电机组在发电工况和电动工况运行的励磁要求。
[0019]3、具有级联特性，在避免使用特殊高耐压半导体开关器件的情况下实现交流励磁变流器尚电压等级的接入；
4、具有模块化特性，扩展后能后适用于多种电压等级的交流励磁发电机。
【附图说