一种输电用三相静止铁磁型变压变频器

本发明属于输电用变频器，具体为一种输电用三相静止铁磁型变压变频器。

背景技术：

1、随着大规模风电和光伏发电的大力开发，电源和负荷在地理空间上的分布特性决定了大量陆上新能源无法就地消纳，因而面临远距离高效外送的现实问题；而沿海的大规模海上风电，尤其是深远海大容量海上风电采用柔直送出时，海上换流站的一次投资及运行维护成本高居不下，严重影响了送出方式的经济性，亟需一种高效经济的深远海风电送出方式。此外，随着“双碳”目标的不断推进，建设新型电力系统也对新型输电方式提出了新需求。

2、1994年，西安交通大学王锡凡院士首次提出一种全新的输电方式——分频输电(fractional frequency transmission system，ffts)。分频输电系统降低了线路电抗，使其输电容量可以成倍提高，例如当输电线路的频率降低为50/3hz时，极限传输功率理论上增大为原来的三倍，基本达到了输电线路的热极限，线路上的各项技术指标，如末端空载电压、补偿容量、电压波动等都有明显改善。此外，极限输送功率的提升还能大幅减少线路回数，节约输电走廊。分频输电系统运行性能较好，具有诸多优势，是一种应用前景十分广阔的输电方式，制约其发展的核心因素是变频器的限制。基于电力电子器件的大功率变频装置结构复杂，控制系统庞大，整体可靠性低，投资和运维成本高，在海上风电等严苛环境下应用难度较大，而基于电机的铁磁性变频装置则依赖于转子旋转及磁场调制，机械损耗较高，运行噪声大，在长期运行成本和可靠性上仍有较大提升空间。因此，分频输电系统的进一步应用亟需静止式铁磁型变压变频器的相关研究。

3、在旋转式铁磁型电能转换装置的研究方面，美国ge公司于20世纪90年代开始研发变频变压器，21世纪初成功应用于电网，核心技术在定子与转子侧都有三相绕组的旋转变压器，并通过直流电机驱动系统确保等效转子磁场与定子磁场在旋转空间上的同步，来调节转子磁场相比较定子磁场的相位差，从而改变由变频变压器传输的有功功率方向和大小。但是其效率较低。在静止式铁磁电能转换装置的研究方面，澳大利亚多伦多大学的研究人员曾制造了用于冶炼金属的静止式铁磁型三倍频变压器，但其仅具有单相输出能力，输出效率低，谐波大，难以应用于输电领域。

技术实现思路

1、本发明的提供了一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，解决了现有变频器输出效率低，谐波大，难以应用于输电领域的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，包括铁心部分，所述铁心部分包括三个铁心，所述三个铁心组成非密闭三角形回路，所述铁心部分内侧设置有三相输入绕组，其中两相输入绕组含移相部分，所述铁心部分外侧对应三相输入绕组设置有三相输出绕组，所述三相输出绕组互相联结。

4、优选地，所述输入绕组内部不含3次及其倍数次谐波通路。

5、优选地，所述输出绕组内部仅含3次及其倍数次谐波电流。

6、优选地，所述三个铁心组成的非密闭三角形回路含有3次谐波磁通通路。

7、优选地，所述铁心由饱和心柱以及非饱和磁轭组成。

8、优选地，所述三相输出绕组三角形联结。

9、优选地，所述三相输入绕组的每一项输入绕组包含三组绕组。

10、优选地，所述三相输出绕组的每一项输出绕组包含三组绕组。

11、优选地，所述输出绕组的输出频率是输入绕组的三倍。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，包括铁心部分，所述铁心部分包括三个铁心，所述三个铁心组成非密闭三角形回路，所述铁心部分内侧设置有三相输入绕组，其中两相输入绕组含移相部分，所述铁心部分外侧对应三相输入绕组设置有三相输出绕组，所述三相输出绕组互相联结，该装置具有三相对称的输入和输出，具备50/3hz至50hz电能的变压变频能力，不需要单独的电力电子设备支持，无需旋转进行磁场调制，装置的输入和输出电流谐波均较低，相较于电力电子型变频装置具有更优的经济性和可靠性，适用于分频输电系统及其他需要高电能质量的倍频场景。

13、进一步的，该装置不含旋转部件，避免了机械损耗和设备磨损，除运行噪音更小外，还具有较好的经济性和可靠性。

14、进一步的，所提三相静止铁磁型变压变频器，具有三相对称输出能力，可以满足分频输电系统不同电压等级变换的要求，满足频率变换性能要求，输出谐波较少，不污染电网，从而稳定可靠地实现频率和电压等级变换功能。

技术特征：

1.一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，包括铁心部分，所述铁心部分包括三个铁心，所述三个铁心组成非密闭三角形回路，所述铁心部分内侧设置有三相输入绕组，其中两相输入绕组含移相部分，所述铁心部分外侧对应三相输入绕组设置有三相输出绕组，所述三相输出绕组互相联结。

2.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述输入绕组内部不含3次及其倍数次谐波通路。

3.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述输出绕组内部仅含3次及其倍数次谐波电流。

4.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述三个铁心组成的非密闭三角形回路含有3次谐波磁通通路。

5.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述铁心由饱和心柱以及非饱和磁轭组成。

6.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述三相输出绕组三角形联结。

7.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述三相输入绕组的每一项输入绕组包含三组绕组。

8.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述三相输出绕组的每一项输出绕组包含三组绕组。

9.根据权利要求1所述的一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，其特征在于，所述输出绕组的输出频率是输入绕组的三倍。

技术总结
本发明公开了一种输电用三相静止铁磁型变压变频器，包括铁心部分，所述铁心部分包括三个铁心，所述三个铁心组成非密闭三角形回路，所述铁心部分内侧设置有三相输入绕组，其中两相输入绕组含移相部分，所述铁心部分外侧对应三相输入绕组设置有三相输出绕组，所述三相输出绕组互相联结，该装置具有三相对称的输入和输出，具备50/3Hz至50Hz电能的变压变频能力，不需要单独的电力电子设备支持，无需旋转进行磁场调制，装置的输入和输出电流谐波均较低，相较于电力电子型变频装置具有更优的经济性和可靠性，适用于分频输电系统及其他需要高电能质量的倍频场景。

技术研发人员：王秀丽,魏凤廷,王建华,王锡凡,宁联辉,赵勃扬
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21