一种可重构变流装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域中的交直流变流系统，尤其涉及一种适用于各种交流、直流转换的变流系统的可重构变流装置。

背景技术：

随着当前风能、太阳能、潮汐能及波浪能等新能源的开发，机电设备控制、交直流输变电的发展，电力电子技术得到了广泛的应用，这些系统中通常需要进行交流、直流的相互转换。

当前，变流系统设计后其结构是固定不变的，设计时为了满足变流系统中的极限工况，各电源、负载需要配置较大的变流容量且容量固定不变，使得变流系统成本增加、灵活性降低，且当变流系统的功率器件出现故障后需要整个系统停机，即使采用冗余设计也使得系统的性能降低、成本大大增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种可重构变流装置。通过多路切换模块的切换，使功率模块内的电力电子器件可与各交流母线任意相及各直流母线连接，并根据变流装置的运行状态动态调整整个变流装置的系统结构及变流容量。装置可充分利用各交流母线、直流母线变流容量的时间差异，动态调整变流容量及变流系统结构，提高功率模块各变流支路的利用率，降低整体的变流容量，并在某条变流支路因故退出时，将其他变流支路通过多路切换模块投入，替换退出的变流支路，进而提高整个装置的稳定性与可靠性。

本实用新型通过下述技术方案实现。

一种可重构变流装置，包括交流母线AC1、AC2、…、ACn，直流母线DC1、DC2、…、DCm，以及功率模块、多路切换模块、变流辅助模块、测量控制模块等，n、m为正整数，取值根据实际情况而定。

交流母线AC1、AC2、…、ACn用于连接发电机交流绕组、变压器绕组、交流电网及交流负载等交流源或负载，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块与功率模块连接；

直流母线DC1、DC2、…、DCm用于连接直流电源或负载，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块与功率模块连接；

功率模块由二极管、晶闸管、MOSFET、IGCT及IGBT等不可控、半控及全控型的电压型及电流型电力电子器件组成，用于实现交流、直流母线间的AC/DC整流、DC/AC逆变，直流母线之间的DC/DC变换、以及续流、开关、隔离等功能，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块连接不同的交流母线与直流母线，实现交流母线AC1、AC2、…、ACn与直流母线DC1、DC2、…、DCm间的单向或双向电能传送，当单个器件的耐压、耐流不满足要求时，可将多个同型号器件串联、并联，并增加均压、均流电路；

多路切换模块连接交流母线、直流母线与功率模块，并在测量控制模块的控制下，根据运行工况将功率模块内的功率型电力电子器件切换到相应的交流母线AC1、AC2、…、ACn与直流母线DC1、DC2、…、DCm，进而调整变流装置的结构。

变流辅助模块包括直流滤波、交流滤波、电磁兼容EMC滤波、变压器及光电耦合、电磁耦合等，用于配合变流过程中所需的滤波、调压、续流、隔离等；

测量控制模块包括电压、电流、频率、功率、温度、压力、速度、转速、角度等传感器，信号调理电路、数字信号处理电路以及功率器件驱动电路等，用于监测电路及控制对象的运行状态，并根据运行工况及变流装置的服务对象执行对应的功能与控制算法。

本方案的可重构变流装置能够跟据运行工况动态调整系统结构，适用于对性能、可靠性、成本、灵活性要求较高的交-直流相互转换及直流-直流相互转换的场合。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型控制（或者运行）简单，易于实现。

本实用新型根据变流对象的运行状态，利用多路切换模块的投切及变流装置内测量控制模块内控制模式与算法的转换，动态调整变流装置的系统结构以适应变流对象的运行，且在功率模块部分器件故障时将故障部分切除，将其他正常的器件通过多路切换模块投入到故障部分，进而代替故障器件，使整个系统仍能正常工作。

如上所述，本系统技术手段简便易行，可充分利用系统中变流对象的时空差异，降低整体的变流容量，提高系统稳定性。

附图说明

图1为本实用新型可重构变流装置结构示意图。

图2为本实用新型用于双馈异步发电机组的结构示意图。

图3为可重构变流装置用于全功率变流同步发电机组示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。需指出的是，本实用新型是对系统的硬件结构提出的改进的技术方案，以下实例过程中若有涉及需要软件实现的，均是本领域技术人员可以根据现有技术编程实现的。

如图1所示。可重构变流装置，包括交流母线AC1、AC2、…、ACn，直流母线DC1、DC2、…、DCm，以及功率模块、多路切换模块、变流辅助模块、测量控制模块等。可重构变流装置能够根据运行工况动态调整系统结构，适用于对性能、可靠性、成本、灵活性要求较高的交-直流相互转换及直流-直流相互转换的场合。

交流母线AC1、AC2、…、ACn用于连接发电机交流绕组、变压器绕组、交流电网及交流负载等交流源或负载，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块与功率模块连接；

直流母线DC1、DC2、…、DCm用于连接直流电源或负载，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块与功率模块连接；

功率模块由二极管、晶闸管、MOSFET、IGCT及IGBT等不可控、半控及全控型的电压型及电流型电力电子器件组成，用于实现交流、直流母线间的AC/DC整流、DC/AC逆变，直流母线之间的DC/DC变换、以及续流、开关、隔离等功能，并在测量控制模块的控制下通过多路切换模块连接不同的交流母线与直流母线，实现交流母线AC1、AC2、…、ACn到直流母线DC1、DC2、…、DCm之间的单向或双向电能交换，当单个器件的耐压、耐流不满足要求时，可将多个器件串联、并联，并增加均压、均流电路；

多路切换模块连接交流母线、直流母线与功率模块，并在测量控制模块的控制下，根据运行工况将功率模块内的电力电子器件切换到相应的交流母线与直流母线，进而调整变流装置的系统结构；

变流辅助模块包括直流滤波、交流滤波、电磁兼容EMC滤波、变压器及光电耦合、电磁耦合等，用于配合变流过程中所需的滤波、调压、续流、隔离等。

测量控制模块包括电压、电流、频率、功率、温度、压力、速度、转速、角度等传感器，信号调理电路、数字信号处理电路以及功率器件驱动电路等，用于监测电路及控制对象的运行状态，并根据运行工况及变流装置的服务对象执行对应的功能与算法。

如图2所示。可重构装置经过配置调整后用于双馈异步发电机组示意图。三相定子绕组、转子绕组及交流电网分别对应于交流母线AC1、AC2及AC3；GC为交流母线互连用的并网接触器；变流支路B1A、B1B、B1C通过多路切换开关分别与三相定子绕组、转子绕组及交流电网的A、B、C相连接；为简化设计，变流支路B2A、B2B、B2C与B3A、B3B、B3C通过双路切换开关与转子绕组、交流电网的A、B、C三相连接；DC-与DC1+构成直流母线正负极；变流辅助模块为电容滤波器用于稳定直流母线电压。

图2实施例中，B2x、B3x支路可分别作为双馈异步发电机组的机侧变流器、网侧变流器，且两者可互为备用。当B2组或B3组支路的变流容量不足时，可将B1组通过多路切换开关投入，使B1组与B2组或B3组并列运行，而当B2、B3支路中的任一相障时，均可通过多路切换开关将B1x支路投入代替故障支路，在变流容量不增加的条件下，整个变流系统的灵活性和可靠性大大提高。测量控制模块用于检测电压、电流、频率、功率、温度、压力、速度、转速、角度等参数，测量控制模块中的信号调理电路、数字信号处理电路用以将这些参数进行调理与转换并进行数字处理与分析计算，通过功率器件驱动电路驱动功率型电力电子器件的开关，使B1组、B2组及B3组支路分时地运行于机侧变流模式或网侧变流模式并执行机侧变流算法或网侧变流算法。

如图3所示。可重构装置经过配置调整后用于全功率变流同步发电机组示意图。三相定子绕组、交流电网分别对应于交流母线AC1、AC2；变流支路B1A、B1B、B1C通过多路切换开关分别与三相定子绕组的A、B、C相连接，且与直流母线DC1+连接；变流支路B2A、B2B、B2C通过多路切换开关与交流电网的A、B、C三相连接，且与直流母线DC2+连接； 变流支路B3A通过多路切换开关与直流母线DC2+相连；DC1+、DC2+分别与DC-构成直流母线1、2的正负极；变流辅助模块内的电容滤波器用于稳定直流母线电压，电感分别与变流支路B3A、DC2+连接，用于构成DC/DC变换；变流支路B3B、B3C通过多路切换开关分别与交流母线、直流母线连接，作为B1x、B2x及B3A的备用支路，用于调整变流容量及故障备用。

图3实施例中，B1x、B2x支路分别作为全功率变流的同步发电机组的机侧变流器、网侧变流器，B1x整流经DC/DC升压后再由B2x逆变送入电网。当B3A支路的变流容量不足时，可将B3B、B3C支路通过多路切换开关投入，使B3A与B3B、B3C支路并列运行，而当B1组、B2组支路中的任一相障时，均可通过多路切换开关将B3B、B3C支路投入代替故障支路，在变流容量不增加的条件下，整个变流系统的灵活性和可靠性大大提高。测量控制模块用于检测电压、电流、频率、功率、温度、压力、速度、转速、角度等参数，测量控制模块中的信号调理电路、数字信号处理电路用以将这些参数进行调理与转换并进行数字处理与分析计算，通过功率器件驱动电路驱动功率型电力电子器件的开关，使B1组、B2组及B3组支路分时地运行于机侧变流模式或网侧变流模式并执行机侧变流算法或网侧变流算法。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。