基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。包括三單相H橋型變流器、隔離級(jí)、勵(lì)磁線(xiàn)圈，所述的三單相H橋型變流器包括三個(gè)單相變流器，三單相H橋型變流器的輸入端ABC直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器的輸出端與隔離級(jí)的輸入端相連，隔離級(jí)的另一個(gè)端口與勵(lì)磁線(xiàn)圈連接。本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)和控制策略簡(jiǎn)單的三單相H橋型變流器，適用于高電壓、大功率應(yīng)用場(chǎng)合，因此可以去掉高壓交流側(cè)的勵(lì)磁變壓器，并且可通過(guò)直流勵(lì)磁和控制交流側(cè)無(wú)功功率為電力系統(tǒng)提供正阻尼，從而有效抑制電力系統(tǒng)低頻/超低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，特別是一種基于三單相H橋變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)對(duì)勵(lì)磁控制的可靠性和動(dòng)態(tài)性能要求越來(lái)越高，同步發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外勵(lì)磁控制的主要方式?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)要求同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)能抑制0.1Hf 3Hz低頻/超低頻振蕩，然而常規(guī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)已很難抑制0.1Hf 3Hz的寬范圍低頻振蕩。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻/超低頻振蕩時(shí)，同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓也將隨之大幅度低頻/超低頻振蕩，機(jī)端電壓有可能較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)在較低水平。在振蕩期間，如果系統(tǒng)發(fā)生短路故障或需要增補(bǔ)無(wú)功，則要求自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)行勵(lì)磁或加大勵(lì)磁。一旦出現(xiàn)勵(lì)磁能力不足，系統(tǒng)事故必將擴(kuò)大化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種可有效抑制電力系統(tǒng)低頻/超低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。本發(fā)明適用于高電壓、大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括三單相H橋型變流器、隔離級(jí)、勵(lì)磁線(xiàn)圈，所述的三單相H橋型變流器包括三個(gè)單相變流器，三單相H橋型變流器的輸入端ABC直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器的輸出端與隔離級(jí)的輸入端相連，隔離級(jí)的另一個(gè)端口與勵(lì)磁線(xiàn)圈連接。
[0005]上述三單相H橋型變流器的交流側(cè)直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器的直流端與隔離級(jí)的高壓方端口連接，隔離級(jí)的低壓方端口連接勵(lì)磁線(xiàn)圈。
[0006]上述三單相H橋型變流器的每一相由M個(gè)全橋功率變換模塊串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)全橋功率變化模塊的輸出端與電容器并聯(lián)。
[0007]上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)H橋功率變換模塊組成，靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由N個(gè)H橋功率變換模塊組成，每個(gè)功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器器側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)分別與三個(gè)中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組依次相連。
[0008]上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成，隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由N個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分由三個(gè)中頻變壓器構(gòu)成,每個(gè)中頻變壓器的高壓方由M個(gè)繞組構(gòu)成，低壓方由N個(gè)繞組構(gòu)成；組成高頻調(diào)制部分的每相功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每相功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組連接。
[0009]上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分每相均由M個(gè)中頻變壓器組成，每個(gè)中頻變壓器的高壓方和低壓方均由一個(gè)繞組構(gòu)成；組成高頻調(diào)制部分的每相功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的一個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每相功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的一個(gè)繞組連接。
[0010]上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，由N個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分由一個(gè)中頻變壓器構(gòu)成，每個(gè)中頻變壓器的高壓方由P (P=3M)個(gè)繞組構(gòu)成，低壓方由N個(gè)繞組構(gòu)成；每相組成高頻調(diào)制部分的每個(gè)功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每個(gè)功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組連接。
[0011]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
(I)本發(fā)明三單相H橋型變流器的直流側(cè)電容電壓易于穩(wěn)定控制，可以提高勵(lì)磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0012](2)本發(fā)明采用多模塊級(jí)聯(lián)多電平技術(shù)和載波移相技術(shù)，可以在較低開(kāi)關(guān)頻率下，仍然保證此自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)具有良好的輸入輸出特性。
[0013](3)本發(fā)明交流側(cè)變流器每相都由數(shù)量相等的H橋功率模塊串聯(lián)而成，可以方便地?cái)U(kuò)展到很高的電壓等級(jí)和功率水平，因此可以去掉額定電壓較高、體積較大的工頻勵(lì)磁變壓器，在隔離級(jí)加入額定電壓較低、體積較小的中頻變壓器。
[0014](4)本發(fā)明可通過(guò)采用一定的控制策略，可以靈活控制有無(wú)功功率的雙向流動(dòng)，為電力系統(tǒng)提供正阻尼，有效抑制電力系統(tǒng)低頻/超低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0015](5)本發(fā)明沒(méi)有傳統(tǒng)的晶閘管型自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的換相失敗問(wèn)題，具有較高的可靠性。
[0016]本發(fā)明是一種可有效抑制電力系統(tǒng)低頻/超低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為單相H橋型換流器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為勵(lì)磁線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明第一種隔離級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明第二種隔離級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明第三種隔離級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過(guò)借助實(shí)例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，包括三單相H橋型變流器3、隔離級(jí)4、勵(lì)磁線(xiàn)圈5。所述的三單相H橋型變流器包括三個(gè)單相變流器2，每個(gè)單相變流器2由M個(gè)全橋功率變換模塊I串聯(lián)構(gòu)成，三單相H橋型變流器3的輸入端ABC直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器3的輸出端與隔離級(jí)4的輸入端相連，隔離級(jí)4的另一個(gè)端口與勵(lì)磁線(xiàn)圈5連接。
[0025]上述三單相H橋型變流器3的交流側(cè)直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器3的直流端與隔離級(jí)4的高壓方端口連接，隔離級(jí)4的低壓方端口連接勵(lì)磁線(xiàn)圈5。
[0026]本發(fā)明隔離級(jí)4的結(jié)構(gòu)如圖4所示，勵(lì)磁線(xiàn)圈5的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0027]上述三單相H橋型變流器的每一相由M個(gè)全橋功率變換模塊串聯(lián)構(gòu)成，如圖2所示，每個(gè)全橋功率變化模塊的輸出端與電容器并聯(lián)；三單相H橋型變流器3的輸入端ABC直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，輸出端與隔離級(jí)4的輸入端相連，隔離級(jí)4的另一個(gè)端口與勵(lì)磁線(xiàn)圈5連接。
[0028]圖4為隔離級(jí)4的第一種結(jié)構(gòu)示意圖，隔離級(jí)4由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)H橋功率變換模塊組成，靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由N個(gè)H橋功率變換模塊組成，每個(gè)功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器器側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)分別與三個(gè)中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組依次相連。
[0029]圖5為隔離級(jí)4的第二種結(jié)構(gòu)示意圖，與圖4的區(qū)別在于中間部分每相均由M個(gè)中頻變壓器構(gòu)成，高壓方和低壓方均由一個(gè)繞組構(gòu)成，分別與高頻調(diào)制部分和高頻還原部分的各個(gè)功率變換模塊依次對(duì)應(yīng)連接。
[0030]圖6為隔離級(jí)4的第三種結(jié)構(gòu)示意圖，與圖4的區(qū)別在于中間部分由一個(gè)中頻變壓器構(gòu)成，高壓方由P (P=3M)個(gè)繞組構(gòu)成，低壓方由N個(gè)繞組構(gòu)成，分別與高頻調(diào)制部分和高頻還原部分的各個(gè)功率變換模塊依次對(duì)應(yīng)連接。
[0031]以上提到的M、N的值的確定主要根據(jù)以下原則進(jìn)行:
(I)M的選取:由所設(shè)計(jì)的基于三相H橋型變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作電壓和所用器件的耐壓水平之間的配合決定，如IOkV系統(tǒng)，若選擇3300V的開(kāi)關(guān)器件，則每相需要6個(gè)模塊級(jí)聯(lián)，此時(shí)M為6。
[0032](2) N的選取:由同步發(fā)電機(jī)所需的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁容量決定。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于:包括三單相H橋型變流器、隔離級(jí)、勵(lì)磁線(xiàn)圈，所述的三單相H橋型變流器包括三個(gè)單相變流器，三單相H橋型變流器的輸入端ABC直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器的輸出端與隔離級(jí)的輸入端相連，隔離級(jí)的另一個(gè)端口與勵(lì)磁線(xiàn)圈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述三單相H橋型變流器的交流側(cè)直接與同步發(fā)電機(jī)機(jī)端連接，三單相H橋型變流器的直流端與隔離級(jí)的高壓方端口連接，隔離級(jí)的低壓方端口連接勵(lì)磁線(xiàn)圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述三單相H橋型變流器的每一相由M個(gè)全橋功率變換模塊串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)全橋功率變化模塊的輸出端與電容器并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)H橋功率變換模塊組成，靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分,每相由N個(gè)H橋功率變換模塊組成，每個(gè)功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器器側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)分別與三個(gè)中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組依次相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成，隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由N個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分由三個(gè)中頻變壓器構(gòu)成，每個(gè)中頻變壓器的高壓方由M個(gè)繞組構(gòu)成，低壓方 由N個(gè)繞組構(gòu)成；組成高頻調(diào)制部分的每相功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每相功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分每相均由M個(gè)中頻變壓器組成，每個(gè)中頻變壓器的高壓方和低壓方均由一個(gè)繞組構(gòu)成；組成高頻調(diào)制部分的每相功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的一個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每相功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的一個(gè)繞組連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于變流器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于上述隔離級(jí)由高頻調(diào)制部分、中間部分和高頻還原部分組成；隔離級(jí)靠高壓方側(cè)為高頻調(diào)制部分，每相由M個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)靠低壓方側(cè)為高頻還原部分，由N個(gè)全橋功率變換模塊組成；隔離級(jí)中間部分由一個(gè)中頻變壓器構(gòu)成，每個(gè)中頻變壓器的高壓方由P(P=3M)個(gè)繞組構(gòu)成，低壓方由N個(gè)繞組構(gòu)成；每相組成高頻調(diào)制部分的每個(gè)功率變換模塊靠高壓方側(cè)的端線(xiàn)分別與單相H橋型變流器相連，靠中頻變壓器側(cè)的端線(xiàn)分別與中頻變壓器高壓方的M個(gè)繞組連接；組成高頻還原部分的每個(gè)功率變換模塊直流側(cè)的兩個(gè)端線(xiàn)依次并聯(lián)構(gòu)成直流端口，靠中頻變壓器`側(cè)端線(xiàn)分別與中頻變壓器低壓方的N個(gè)繞組連接。
【文檔編號(hào)】H02P9/30GK103825515SQ201310592167
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】陳剛, 毛承雄, 洪潮, 劉蔚, 孫海順, 趙勇, 樊華, 王尊, 熊卿, 陳雁 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華中科技大學(xué)