专利名称：自平衡电子电力变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输变电装置，更确切地说是涉及一种用于电力系统的变电装置。
背景技术：
电子电力变压器是一种采用了电力电子变换技术的电能变换和传输设备，是一种新型的电力变压器。到目前为止，国内外研究者已提出了多种具体的实现方案。如Holger Wrede，Volker Staudt，Andreas Steimel.Design of an Electronic Power Transformer.IEEE 2002 28thAnnualConference of the IECON。Scott D.Sudhoff，Steven F.Glover，Dudley.Galloway.Application of Power Electronics to the DistributionTransformer.Applied Power Electronics Conference andExposition，2000。以及发明专利ZL 02139030.4。这些实现方案具有各自的优点，但存在一个共同的不足即一次侧系统出现不平衡时会传递到二次侧，影响二次侧供电。而二次侧系统出现不平衡时，亦会传递到一次侧，影响一次侧供电。这种情况对电力系统安全稳定运行有影响，同样对变压器本身的运行也不利。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种自平衡电子电力变压器，该变压器不但具备一般电子电力变压的功能，而且可以适应不平衡负荷的要求，即使在不平衡负荷情况下，也可保证一次侧系统平衡。而且，还可以在一次侧系统出现不平衡时，保证二次侧系统的平衡供电。
本发明提供的自平衡电子电力变压器，它由M个电子电力变压器单元以星形或多边形连接而成，M≥1；电子电力变压器单元为由高压级，隔离级和低压级构成的三级结构，高压级由P个变换器模块级联而成，P≥1，低压级为N个独立的AC/DC/AC变换器，N≥1，隔离级为中频或高频变压器，其一次绕组数为P、二次绕组数为N；P个变换器模块的一个端口串联起来，构成高压级的交流端口，另一个端口则分别与隔离级的一次侧绕组相连，每个AC/DC/AC变换器的一个端口与隔离级的二次侧绕组相连，其另一端口作为电子电力变压器单元的一相输出，形成电子电力变压器单元的一相变N相结构；M个高压级的交流端口以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的高压端口；M个低压级的输出并联或串联在一起，形成自平衡电子电力变压器的N相输出，将这N相输出以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的低压端口。
本发明以一相变N相电子电力变压器单元为基础，通过将M个一相变N相电子电力变压器单元以星形、三角形或者其它多边形联结形式连接起来实现。本发明用于实现M相系统与N相系统之间的电能变换。当其实现M相系统向N相系统传递能量时，原方系统的每一相电能，经过高压级调制成高频信号后，传递给隔离级，并耦合到低压级，分配到N相，变换成所需的交流信号后输出。反之，当实现N相系统向M相系统传递能量时，原方系统的每相电能分配到M个低压级的对应相，调制成高频信号后，传递给各自的隔离级，并耦合到高压级，变换成M相所需的交流信号后输出。具体而言，本发明具有以下技术效果(1)可以实现常规电力变压器的隔离、变压和传递能量等基本功能。
(2)能够实现功率双向流动，功率既可以从高压侧向低压侧流动，即作为降压变压器使用，也可以从低压侧向高压侧流动，即作为升压变压器使用。
(3)无论副方系统出现什么样的不平衡，原方系统始终可以保证平衡运行。
(4)当原方供电出现不平衡时，副方仍然可以保证平衡输出。
(5)可以实现M相到N相的灵活变换。
(6)具有快速的电压、电流调节功能，能改善电能质量。
(7)具有一定的潮流控制能力。
图1为一相变N相电子电力变压器单元的原理图。
图2为本发明自平衡电子电力变压器的一种具体实施方式
的结构示意图。
图3为本发明自平衡电子电力变压器的另一种具体实施方式
的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，电子电力变压器单元1是由高压级2，隔离级3和低压级4构成的一种三级结构。高压级2由P个变换器模块5级联而成，P≥1，这P个变换器模块5的一个端口串联起来，构成高压级2的交流端口，而它们的另一个交流端口则分别与隔离级3的一次侧绕组相连。变换器模块5可以是AC/DC/AC变换器，也可以是AC/AC变换器或其它形式的变换器。低压级4由N个独立的AC/DC/AC变换器6构成，N≥1，每个AC/DC/AC变换器6的一个端口与隔离级3的二次侧绕组相连，其另一端口则作为电子电力变压器单元1的一相输出。隔离级3为中频或高频变压器(工作频率不低于400Hz)，其一次侧绕组的数量与高压级2的变换器模块5的数量一致(即P个)，其二次侧绕组的数量与低压级4的AC/DC/AC变换器6的数量一致(即N个)。因此，电子电力变压器单元1为一相变N相结构。
如图2所示，本发明由M个电子电力变压器单元1通过星形或多边形(如三角形)联结方式连接而成，M≥1。M个高压级2的交流端口以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的高压端口。M个低压级4的输出并联在一起，构成自平衡电子电力变压器的N相输出，并以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的低压端口。因此，自平衡电子电力变压器是一个M相变N相的变电装置。
如图3所示，M个低压级4的输出也可以串联在一起，构成自平衡电子电力变压器的N相输出，并以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的低压端口。
根据以上结构可以看出，自平衡电子电力变压器任何一相输出带有负载时，都会均匀地分配到原方各相，从而自动实现平衡。在另一方面，只要原方任何一相有电，都可以在副方形成平衡的输出，从而防止原方系统不平衡影响到副方系统。
以上提到的M、N、P的值的确定主要根据以下原则来进行(1)M的选取由高压侧供电电源的形式决定，如目前最为常见的单相、两相、三相、四相、六相，十二相，等等。
(2)N的选取由低压侧负载或系统所需要的供电形式决定，如单相、两相、三相、四相、六相，十二相，等等。
(3)P的选取由所设计的自平衡电子电力变压器的工作电压和所用器件的耐压水平之间的配合决定，如10kV系统，若选择3300V的开关器件，将需要7个模块级联，即此时P为7。
下面对本发明具体实施举两个例子。
例110kV/400V三相自平衡电子电力变压器由三个一相变三相的电子电力变压器单元构成。高压侧采用星形联结，低压侧采用星形带中心出线联结。每个一相变三相电子电力变压器单元的高压级为7个AC/DC/AC模块级联，器件额定电压为3300V，隔离级为7输入3输出中频变压器，低压级为三组AC/DC/AC变换器，器件额定电压为1200V。三个一相变三相电子电力变压器单元的对应低压级并联在一起，构成自平衡电子电力变压器的三相输出。
例210kV/220V三相变一相自平衡电子电力变压器由三个单相电子电力变压器单元构成。高压侧采用星形联结，每个单相电子电力变压器的高压级为7个AC/DC/AC模块级联，器件额定电压为3300V，隔离级为7输入1输出中频变压器，低压级为1组AC/DC/AC变换器，器件额定电压为1200V。三个单相电子电力变压器的低压级并联构成自平衡电子电力变压器的输出。
权利要求
1.自平衡电子电力变压器，其特征在于它由M个电子电力变压器单元(1)以星形或多边形连接而成，M≥1；电子电力变压器单元(1)为由高压级(2)，隔离级(3)和低压级(4)构成的三级结构，高压级(2)由P个变换器模块(5)级联而成，P≥1，低压级(4)为N个独立的AC/DC/AC变换器(6)，N≥1，隔离级(3)为中频或高频变压器，其一次绕组数为P、二次绕组数为N；P个变换器模块(5)的一个端口串联起来，构成高压级(2)的交流端口，另一个端口则分别与隔离级(3)的一次侧绕组相连，每个AC/DC/AC变换器(6)的一个端口与隔离级(3)的二次侧绕组相连，其另一端口作为电子电力变压器单元(1)的一相输出，形成电子电力变压器单元(1)的一相变N相结构；M个高压级(2)的交流端口以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的高压端口；M个低压级的输出并联或串联在一起，形成自平衡电子电力变压器的N相输出，将这N相输出以星形或多边形联结方式连接起来，形成自平衡电子电力变压器的低压端口。
全文摘要
本发明公开了一种自平衡电子电力变压器，它由M个一相变N相电子电力变压器单元以星形或多边形连接而成，电子电力变压器单元为由高压级，隔离级和低压级构成的三级结构，高压级由P个变换器模块级联而成，低压级为N个独立的AC/DC/AC变换器，隔离级为中频或高频变压器。本发明可以实现常规电力变压器的隔离、变压和传递能量等基本功能，它能够实现功率双向流动，功率既可从高压侧向低压侧流动，也可从低压侧向高压侧流动；无论副方系统出现怎样的不平衡，原方系统始终可保证平衡运行；当原方供电出现不平衡时，副方仍可保证平衡输出；它可以实现M相到N相的灵活变换；具有快速的电压、电流调节功能，能改善电能质量；具有一定的潮流控制能力。
文档编号H02M5/00GK1734914SQ20051001909
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者王丹, 毛承雄, 陆继明 申请人:华中科技大学