一種配電用電力電子變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力系統(tǒng)的電能變換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種配電用的電力電子變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電力變壓器是輸配電系統(tǒng)的基本組成部分。它的主要功能是實現(xiàn)電壓等級的變換和電氣隔離，并可以完成能量的傳輸。自19世紀(jì)末被使用之后，由于其自身具有可靠性高和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，而被廣泛使用。但與此同時，傳統(tǒng)的電力變壓器也存在顯著的缺點:1、體積大、重量大；2、空載損耗較大；變壓器油對環(huán)境具有潛在威脅；3、可控性差，不能對電力變壓器兩側(cè)的功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)；4、不能調(diào)節(jié)電能質(zhì)量且容易因為由非線性鐵磁元件或負荷而造成的畸變電流對電網(wǎng)形成諧波污染。
[0003]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子變壓器(Power Electronic Transformer,PET)的概念被提出并被廣泛的研宄。電力電子變壓器是一種可用于電力系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換與傳輸?shù)男滦椭悄芑儔浩?。它在完成傳統(tǒng)電力變壓器變壓、隔離、能量傳輸?shù)裙δ艿耐瑫r，也可以完成電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、潮流控制和系統(tǒng)穩(wěn)定控制等功能。
[0004]1970年，美國GE公司W(wǎng).McMurray首先提出一種具有高頻鏈接的AC-AC變換器并申請專利。1980年，美國海軍研宄人員提出了一種基于AC/AC降壓變換的電力電子變壓器。這兩種拓撲結(jié)構(gòu)傳輸功率較低，控制比較復(fù)雜，且不具有功率因數(shù)校正功能。基于直接AC/AC變換的方案，1999年美國德州A&M大學(xué)提出了一種高頻AC/AC變換器拓撲結(jié)構(gòu)，這種拓撲結(jié)構(gòu)雖然可以顯著地減小變壓器的體積和重量，但是它無法改善輸入側(cè)的功率因數(shù)。2000年，Scott D.Sudhoff提出了一種新型的三級式電力電子變壓器拓撲結(jié)構(gòu)。目前，電力電子變壓器的研宄主要集中在三級式的拓撲結(jié)構(gòu)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種配電用的電力電子變壓器，該電力電子變壓器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓變換、電氣隔離及能量的雙向流動，還具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和無功補償?shù)裙δ堋?br>[0006]本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種配電用的電力電子變壓器，包括依次級聯(lián)的高壓級、隔離級和低壓級；
[0008]所述高壓級為一個帶IGBT串聯(lián)閥的三相橋式結(jié)構(gòu)；
[0009]所述隔離級由η個高壓側(cè)直流母線均壓電容、η個三相隔離型雙向直流變換器和I個低壓側(cè)直流母線電容組成:
[0010]其中，η為大于等于2的整數(shù)；η個高壓側(cè)直流母線均壓電容相互串聯(lián)，且連接在高壓級直流側(cè)兩端，每個高壓側(cè)直流母線均壓電容的兩端均與一個三相隔離型雙向直流變換器的高壓端相連；11個三相隔離型雙向直流變換器的低壓端并聯(lián)，且均連接在低壓側(cè)直流母線電容的兩端；
[0011]所述的低壓級為三相橋式結(jié)構(gòu)，其直流端口與隔離級的低壓側(cè)直流母線電容的兩端相連，其交流端口與三相低壓交流電網(wǎng)直接相連。
[0012]所述高壓級的三相橋式結(jié)構(gòu)由六個IGBT串聯(lián)閥組成，且每兩個IGBT串聯(lián)閥構(gòu)成一個相臂，三個相臂相互連接組成三相橋式結(jié)構(gòu)。
[0013]所述三個相臂的中間點均與三相高壓交流電網(wǎng)相連，三個相臂的兩端連接到高壓直流母線。
[0014]所述IGBT串聯(lián)閥由m個IGBT和m個二極管組成，每個IGBT先反并聯(lián)一個二極管和一個靜態(tài)均壓電阻，再與其它并聯(lián)了二極管和靜態(tài)均壓電阻的IGBT串聯(lián)；其中，m為大于等于2的整數(shù)。
[0015]所述的三相隔離型雙向直流變換器由兩個三相橋式結(jié)構(gòu)和一個三相高頻變壓器組成，三相高頻變壓器的原邊和副邊分別與兩個三相橋式結(jié)構(gòu)的交流端相連，兩個三相橋式結(jié)構(gòu)的直流端分別作為該電力電子變壓器的兩個直流端口。
[0016]所述高壓級和低壓級能夠分別作為該電力電子變壓器的輸入級或輸出級以實現(xiàn)功率的雙向傳輸。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益的技術(shù)效果:
[0018]本實用新型公開了一種配電用的電力電子變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)，包括依次級聯(lián)的高壓級、隔離級和低壓級。首先，由于高壓級采用IGBT串聯(lián)閥結(jié)構(gòu)，所以能夠隨著IGBT串聯(lián)數(shù)的增加，使橋臂承受較高的電壓。其次，隔離級采用三相隔離型雙向直流變換器，在實現(xiàn)功率雙向傳遞的同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)所有開關(guān)管的零電壓開通，從而減小開關(guān)損耗，提高變換器的效率和功率密度。同時，該三相隔離型雙向直流變換器的隔離級，其直流側(cè)具有較小的電流紋波，大大減小了磁性元件與濾波器件的體積，進一步提高了整機的功率密度。最后，由于高壓級和低壓級均為三相橋式結(jié)構(gòu)，三相橋式結(jié)構(gòu)的直流端口與高壓側(cè)和低壓側(cè)直流母線電容的兩端相連，交流端口與三相交流電網(wǎng)直接相連，從而實現(xiàn)交直流之間的相互轉(zhuǎn)換。因此，當(dāng)本實用新型的配電用的電力電子變壓器高壓級或低壓級作為輸入側(cè)時，可以單位功率因數(shù)運行，輸入側(cè)電壓電流同相位，因此可以減小無功電流帶來的損耗，并且降低諧波畸變率，進而減小對電網(wǎng)的污染，在實現(xiàn)電壓變換、電氣隔離以及能量傳輸?shù)耐瑫r還具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和無功補償?shù)裙δ堋?br>【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的配電用電力電子變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2為本實用新型的高壓級三相橋式結(jié)構(gòu)中IGBT串聯(lián)閥結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖3為本實用新型的隔離級三相隔離型雙向直流變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。
[0022]其中，I為帶IGBT串聯(lián)閥結(jié)構(gòu)的三相橋式結(jié)構(gòu)；2為高壓側(cè)直流母線均壓電容；3為三相高頻變壓器；4為三相隔離型雙向直流變換器；5為低壓側(cè)直流母線電容；6為三相橋式結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0024]本實用新型的一種配電用電力電子變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由高壓級、隔離級和低壓級三個部分組成。其中，高壓級是一個帶IGBT串聯(lián)閥結(jié)構(gòu)的三相橋式結(jié)構(gòu)1 IGBT串聯(lián)閥Sx(X = I, 2，3，4，5，6)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。每個IGBT串聯(lián)閥SxS m個IGBT (Txl,Tx2……Txm)和與其反并聯(lián)的m