一种基于电力电子变压器的调压装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电力电子变压器的调压装置，包括三相调压结构，每个单相调压结构由三级调压结构构成，三级调压结构包括输入级、隔离级以及输出级，还包括滤波器，输入级包括第一功率变换器，第一功率变换器的输入端星形连接，第一功率变换器并联在单相线路上，其输出端与所述隔离级相连，隔离级包括高频变压器，高频变压器的原边与第一功率变换器的输出端相连，高频变压器的输出端连接三相供电网络，输出级包括第二功率变换器，高频变压器的副边与第二功率变换器的输入端相连，其输出端与滤波器的输入端相连，滤波器的输出端与三相供电网络相连接。本发明的有益效果在于，提供一种自动调压且调压效率高的基于电力电子变压器的调压装置。
【专利说明】—种基于电力电子变压器的调压装置
【技术领域】
[0001]本发明属于电力电子在电力系统中的应用，具体涉及一种基于电力电子变压器的
调压装置。
【背景技术】
[0002]在配电网中，供电线路经常混出现各种电压扰动，如电压跌落，上升，闪变，过电压和欠电压等。对于对电压敏感的负荷，如电脑和通讯设备等，经常会造成巨大的损失，如珍贵数据的丢失，通讯的中端等。传统的伺服式电压稳压器可以解决供电线路电压扰动的问题，但是传统的伺服式电压稳压器用一个可调自耦变压器和隔离变压器去对系统注入一个补偿电压，这种结构不但动态响应比较慢，而且大的工频变压器也是其主要缺点，工频变压器不仅体积大，成本高，而且变换效率低。
[0003]上世纪70年代电力电子变压器(PET-Power electronic transformer)的概念被提出，PET是利用电力电子换流技术实现电压变换和能量传递的。其突出的特点是通过电压型变换器(VSC)对其原副边交流侧电压，电流的幅值和相位进行连续可控调节。基于电力电子变压器的自动电压调节器，采样高频变压器实现传统的自耦变压器和隔离变压器的功能，大大减少了装置的体积，提高了整体的变换效率。
【发明内容】
[0004]鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种自动调压且调压效率高的基于电力电子变压器的调压装置。
[0005]本发明提供了一种基于电力电子变压器的调压装置，包括三相调压结构，每个单相调压结构由三级调压结构构成，所述三级调压结构包括输入级、隔离级以及输出级，还包括滤波器，其中:
[0006]所述输入级包括第一功率变换器，所述输入级中所述第一功率变换器的输入端星形连接，所述第一功率变换器并联在单相线路上，所述第一功率变换器的输出端与所述隔离级相连，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构包括第一功率开关单元S1、第二功率开关单元?、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元5 ,所述第一功率开关单元S1和所述第二功率开关单元^互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第三功率开关单元S2和所述第四功率开关单元;^互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连；
[0007]所述隔离级包括高频变压器，所述高频变压器的原边与所述第一功率变换器的输出端相连，所述高频变压器的输出端连接三相供电网络；
[0008]所述输出级包括第二功率变换器，所述高频变压器的副边与所述第二功率变换器的输入端相连，所述第二功率变换器的输出端与所述滤波器的输入端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连接，所述第二功率变换器采用桥式拓扑结构包括第五功率开关单元S3、第六功率开关单元?、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元；^ ,所述第五功率开关单元S3和所述第六功率开关单元3互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第七功率开关单元S4和所述第八功率开关单元?互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连；
[0009]所述滤波器的输入端与所述第二功率变换器的输出端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连,所述滤波器由输出滤波电容Cl、第一输出滤波电感L1、第二输出滤波电感L2组成，所述输出滤波电容Cl并接在所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端，所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端接单相线路上。
[0010]进一步，所述第一功率开关单元S1、第二功率开关单元?、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元5均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成。
[0011]进一步，所述第五功率开关单元S3、第六功率开关单元;^、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元^均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成。
[0012]进一步，所述第一功率变换器的输出端与所述高频变压器的原端相连。
[0013]本发明具有的优点和有益效果为:所述基于电力电子变压器的调压装置除了具有传统稳压器的优点外，由于采用高频变压器进行变压，所以大大减少了整体装置的体积，提高了整个装置的效率；通过采用相应的控制方式，可以方便的自动调节稳定输出电压，具有良好的动态性能，能够及时的对线路各相电压进行补偿调节，可以很好的抑制电压的波动、闪变、跌落、上升、过电压和欠电压等电压质量问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实施例的基于AC-AC型的基于电力电子变压器的原理框图；
[0015]图2为本实施例的基于电力电子变压器的调压装置的单相结构拓扑图；
[0016]图3为本实施例的基于AC-AC型基于电力电子变压器的三相结构拓扑图。
【具体实施方式】
[0017]下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0018]如图1和图2所示:本发明实施例的一种基于电力电子变压器的调压装置，包括三相调压结构，每个单相调压结构由三级调压结构构成，所述三级调压结构包括输入级、隔离级以及输出级，还包括滤波器，其中:
[0019]所述输入级包括第一功率变换器，所述输入级中所述第一功率变换器的输入端星形连接，所述第一功率变换器并联在单相线路上，所述第一功率变换器的输出端与所述隔离级相连，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构包括第一功率开关单元S1、第二功率开关单元石、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元? ,所述第一功率开关单元SI和所述第二功率开关单元石互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第三功率开关单元S2和所述第四功率开关单元5互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连；[0020]所述隔离级包括高频变压器，所述高频变压器的原边与所述第一功率变换器的输出端相连，所述高频变压器的输出端连接三相供电网络；
[0021]所述输出级包括第二功率变换器，所述高频变压器的副边与所述第二功率变换器的输入端相连，所述第二功率变换器的输出端与所述滤波器的输入端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连接，所述第二功率变换器采用桥式拓扑结构包括第五功率开关单元S3、第六功率开关单元;^、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元? ,所述第五功率开关单元S3和所述第六功率开关单元;^互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第七功率开关单元S4和所述第八功率开关单元;互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连；
[0022]所述滤波器的输入端与所述第二功率变换器的输出端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连,所述滤波器由输出滤波电容Cl、第一输出滤波电感L1、第二输出滤波电感L2组成，所述输出滤波电容Cl并接在所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端，所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端接单相线路上。
[0023]作为上述实施例的优选实施方式，所述第一功率开关单元S1、第二功率开关单元51、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元$均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成。
[0024]作为上述实施例的优 选实施方式，所述第五功率开关单元S3、第六功率开关单元；^、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元?均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成。
[0025]作为上述实施例的优选实施方式，所述第一功率变换器的输出端与所述高频变压器的原端相连。
[0026]本实施例的基于电力电子变压器的调压装置控制方法，当各相线路电压发生跌落、欠电压时，装置输出正的电压量对线路电压进行补偿；当线路电压发生上升、过电压时，装置输出负的电压量对线路电压进行补偿。
[0027]如图3所示:该基于电力电子变压器的调压装置是基于AC-AC型电力电子变压器的调压装置，其中，Ua、Ub和Uc分别为三相供电网络的各相电压，其输入级并连接在三相供电网络中，输出级各相串联接在三相供电网络上，实现对各相电压进行调节。该装置的三相结构相同且独立，每一相的工作原理相同，均为:原方将工频电压信号通过第一功率变换器I转化为高频信号(其频率为600HZ到1.2kHZ)，即升频，然后通过中间高频变压器3耦合到副方，再利用第二功率变换器2同步还原成工频电压信号，即降频。通过移相控制，可以改变输出电压基波的幅值，同时需要额外的输出滤波器4。
[0028]该基于电力电子变压器的调压装置每一相的结构都相同，包括以下组成:采用三级构成，即输入级、隔离级和输出级；输入级包括第一功率变换器1，所述第一功率变换器I采用桥式拓扑结构，包括第一功率开关单元S1、第二功率开关单元、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元5，每个开关单元均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成，可以实现电力双向流动；隔离级包括高频变压器3，可以减小装置体积，提高整体效率，实现电压变化及能量传递的功能，输出级包括第二功率变换器2，和输入级一样，所述第二功率变换器2也采用桥式的拓扑结构，包括第五功率开关单元S3、第六功率开关单元5、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元? ,每个功率开关单元均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成，可以实现电流双向流动，输出级功率变换器还连接滤波器4，以提高电压电流波形质量。输入的交流工频电压经过原边第一功率变换器I调制为高频交流电压，调制是通过第一功率开关单元S1、第二功率开关单元石、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元5运行在软开关装置实现的，其中第一功率开关单元SI和第二功率开关单元?互补导通，所述第三功率开关单元S2以及所述第四功率开关单元5互补导通；其次，高频变压器3原边高频调制电压耦合至其副边，然后由其副边与原边结构完全相同的功率变换器2反调制，调制是通过五功率开关单元S3、第六功率开关单元&、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元;^运行在软开关状态实现的，输出的高频电压，经过输出滤波器滤波将其转换为所要求的电压。
[0029]该基于电力电子变压器的调压装置的三相结构是由各单相结构组合而成，其输入级并联在三相供电线路上，输出级各相串联在三相供电线路上；以该装置的单相结构为例，说明其调压过程:Vin是装置的输入端电压，Va是装置的输出端电压，该电压量串联叠加在供电线路上，从而对线路输出电压Vo进行调节，其中，Vo = Vin I+Va0当电路电压发生跌落、欠电压时，装置输出正的电压量Va对线路电压Vo进行补偿；当线路电压发生上升、过电压时，装置输出负的电压量Va对线路电压No进行补偿；装置采用相应的控制策略，具有良好的动态性能，能够及时的对线路电压进行补偿调节，可以很好的抑制电压的波动、闪变、跌落、上升、过电压和欠电压等电压质量问题。
[0030]最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。`
【权利要求】
1.一种基于电力电子变压器的调压装置，其特征在于:包括三相调压结构，每个单相调压结构由三级调压结构构成，所述三级调压结构包括输入级、隔离级以及输出级，还包括滤波器，其中: 所述输入级包括第一功率变换器，所述输入级中所述第一功率变换器的输入端星形连接，所述第一功率变换器并联在单相线路上，所述第一功率变换器的输出端与所述隔离级相连，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构，所述第一功率变换器采用桥式拓扑结构包括第一功率开关单元S1、第二功率开关单元?、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元5 ,所述第一功率开关单元SI和所述第二功率开关单元石互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第三功率开关单元S2和所述第四功率开关单元5互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连； 所述隔离级包括高频变压器，所述高频变压器的原边与所述第一功率变换器的输出端相连，所述高频变压器的输出端连接三相供电网络； 所述输出级包括第二功率变换器，所述高频变压器的副边与所述第二功率变换器的输入端相连，所述第二功率变换器的输出端与所述滤波器的输入端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连接，所述第二功率变换器采用桥式拓扑结构包括第五功率开关单元S3、第六功率开关单元^、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元& ,所述第五功率开关单元S3和所述第六功率开关单元万互补导通后与所述高频变压器的原边正端相连，所述第七功率开关单元S4和所述第八功率开关单元％互补导通后与所述高频变压器的原边负端相连； 所述滤波器的输入端与所述第二功率变换器的输出端相连，所述滤波器的输出端与三相供电网络相连，所述滤波器由输出滤波电容Cl、第一输出滤波电感L1、第二输出滤波电感L2组成，所述输出滤波电容Cl并接在所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端，所述第一输出滤波电感LI和所述第二输出滤波电感L2的同名端接单相线路上。
2.根据权利要求1所述的基于电力电子变压器的调压装置，其特征在于，所述第一功率开关单元S1、第二功率开关单元石、第三功率开关单元S2以及第四功率开关单元;^均由两个绝缘栅双极型晶体 管和一个反并联二极管并联组成。
3.根据权利要求1所述的基于电力电子变压器的调压装置，其特征在于，所述第五功率开关单元S3、第六功率开关单元&、第七功率开关单元S4以及第八功率开关单元％均由两个绝缘栅双极型晶体管和一个反并联二极管并联组成。
4.根据权利要求1所述的基于电力电子变压器的调压装置，其特征在于，所述第一功率变换器的输出端与所述高频变压器的原端相连。
【文档编号】H02J3/12GK103762854SQ201410055339
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】胡显滔 申请人:北京百象电气成套设备有限公司