电力转换系统技术方案

本公开内容提供了一种用于电力转换的电力转换系统。该电力转换系统包括多个电力转换器和移相变压器。移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群。次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对多个电力转换器馈电的n个次级绕组。次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移。

Power conversion system

The present disclosure provides an electric power conversion system for power conversion. The power conversion system consists of multiple power converters and phase-shifting transformers. The phase shifted transformer includes three-phase primary winding, core and multiple M secondary winding groups. Each of the secondary winding groups includes N secondary windings fed to the respective primary windings by electromagnetic communication and fed to multiple power converters. The phase angle set of the secondary winding group is not the same, and there exists a non-zero secondary winding phase shift between any two secondary winding groups.

【技术实现步骤摘要】
电力转换系统
本文公开的主题涉及电力转换系统。
技术实现思路
公开了一种电力转换系统。该电力转换系统包括多个电力转换器和移相变压器。移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群。次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对多个电力转换器馈电的n个次级绕组。在m个次级绕组群中的每个中，次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中δ＝60°/n。次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移。多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中k是不为m的倍数的任何整数。变压器初级侧输入中的谐波消除模式是具有6×m×n脉冲的形式。附图说明为了容易理解本专利技术的实施方式的优点，将通过参考在附图中示出的具体实施方式来呈现上面简要描述的实施方式的更具体的描述。应当理解，这些附图仅描绘了一些实施方式，并且因此不被认为是对范围的限制，将通过使用附图、利用附加特征和细节来描述和说明实施方式，其中：图1A是根据实施方式的电力转换系统的示意性框图；图1B是根据替选实施方式的电力转换系统的示意性框图；图1C是根据实施方式的次级绕组群的示意性框图；图1D是根据实施方式的虚拟次级绕组群的示意性框图；图1E是根据实施方式的次级绕组群的示意性框图；图2A是根据实施方式的级联H桥电力转换器的示意图；图2B是根据实施方式的级联中性点钳位电力转换器的示意图；图3是根据实施方式的虚拟次级绕组群的次级绕组相位的表；图4是根据实施方式的虚拟次级绕组群组织的表；图5A是根据现有技术的次级绕组组织的表；图5B是根据实施方式的次级绕组组织的表；图5C是根据现有技术的参考初级绕组的次级绕组谐波电流的表；图5D是根据实施方式的参考初级绕组的次级绕组谐波电流的表；图5E是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图；图5F是根据实施方式的电力转换器电流的曲线图；图5G是根据现有技术的电力转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；图5H是根据实施方式的电力转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；图5I是根据现有技术的电力转换器电流的曲线图；图5J是根据实施方式的电力转换器电流的曲线图；图5K是根据现有技术的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图；以及图5L是根据实施方式的转换器输入电流的谐波频谱的曲线图。具体实施方式贯穿本说明书对“一个实施方式”、“实施方式”或类似的语言的提及意指结合该实施方式所描述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施方式中。因此，除非另外明确地指出，否则贯穿本说明书，词组“在一个实施方式中”、“在实施方式中”以及类似的语言的出现可以但不一定都指代同一实施方式，而是意指“一个或更多个但并非所有的实施方式”。除非另外明确地指出，否则术语“包括”、“包含”、“具有”及其变型意指“包括但不限于”。除非另外明确地指出，否则所列举的一系列项并不暗示任何项或所有项均是相互排斥的和/或相互包含的。除非另外明确地指出，否则术语“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”还指代“一个或更多个”。附图中的示意性流程图和/或示意性框图示出了可能的实现方式的架构、功能和操作。还应注意，在一些替选实现方式中，框中标注的功能可以不按照图中所示的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个块事实上可以基本上同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。尽管在流程图和/或框图中可以采用各种箭头类型和线类型，但是它们被理解为不限制相应实施方式的范围。实际上，一些箭头或其他连接符可以用于仅指示所描绘的实施方式的示例性逻辑流程。对每个图中的元件的描述可以适用于后续图的元件。在所有图中，相同的附图标记指代相同的元件，包括相同元件的替选实施方式。中压(MV)驱动器通常用于为广泛的应用提供可变转矩。MV驱动器可以从交流(AC)电力创建用于驱动器拓扑的多个直流(DC)源。MV驱动器可以包括移相变压器，该移相变压器采用被组织为多脉冲转换器的大量次级绕组以消除线电流中的特定谐波。不幸的是，移相变压器不能消除由转换器产生的所有谐波电流，并且仍可能将一些谐波引入线电流中。本文描述的实施方式通过选择针对次级绕组的减小谐波的相位角集合来创建驱动器拓扑所需的、具有线电流中的改进的谐波频谱的DC源。因此，电力转换系统可以提供具有减小的谐波和增加的电力转换器脉冲数的DC源。图1A是根据一个实施方式的电力转换系统100的示意性框图。电力转换系统100可以包括移相变压器110和多个电力转换器120。移相变压器110可以包括三相电力输入130、三相初级绕组111、芯112以及多个m个次级绕组群113。次级绕组群113中的每个可以包括与相应的初级绕组111电磁通信并且向多个电力转换器120馈送电力转换器输入125的n个次级绕组114。变压器初级侧输入可以是初级绕组111和/或电力输入130。每个电力转换器120可以选自级联H桥电力转换器120和级联中性点钳位电力转换器120。在图2A和2B中对电力转换器120进行更详细的描述。图1B是根据替选实施方式的电力转换系统100的示意性框图。在所示的实施方式中，电力转换系统100包括多个m个移相变压器116。每个移相变压器可以包括初级绕组111、芯112以及至少一个次级绕组群113。次级绕组群113中的每个可以包括与相应的初级绕组111电磁通信并且向多个电力转换器120馈送电力转换器输入125的多个n个次级绕组114。图1C是次级绕组群113的示意性框图。虽然在所示的实施方式中示出了三个次级绕组群113，但是可以采用任何数量的次级绕组群113。在次级绕组群113中的每个中的相应次级绕组114的次级绕组相位260之间存在群相移(GPS)270。在一个实施方式中，使用式1来计算GPS270，其中k是不为次级绕组群113的数量(m)的倍数的任何整数，并且δ是次级绕组群113中的次级绕组相移265。GPS＝kδ/m式1次级绕组群113中的次级绕组114的次级绕组相位260的次级绕组相移265的相位角集合δ280a-280c可以使用式2来计算，其中n是次级绕组群113中的次级绕组114的数量。δ＝60°/n式2相位角集合280a-280c可以在针对由每个次级绕组群113馈电的转换器120的初级侧线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式。传统上，GPS270为零，因此针对所有电力转换器120的初级绕组电流中的总谐波消除模式被限制为6×n脉冲。然而，在实施方式中，如稍后将描述的，通过引入非零的GPS270，初级侧线电流中的谐波消除模式的总脉冲数会增加。在一个实施方式中，对于图1A的电力转换系统100，次级绕组群113的数量m为3。不同次级绕组群113之间的GPS270可以是±δ/3或±2δ/3中之一。GPS270可以包括选自角度+δ/3和-δ/3、+δ/3和+2δ/3以及-δ/3和-2δ/3的组合。在一个实施方式中，每个次级绕组群113中的次级绕组114的数量n为1。三个次级绕组群113的相位角集合280可以是(α0-20°)、(α0+0°)和(α0+20°)，其中，α0是任意偏移角。表1示出了针对n＝1的相位角集合280的一个实施方式。表1次级绕组1群Aα0-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力转换系统，包括：多个电力转换器；移相变压器，所述移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群，其中，所述次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对所述多个电力转换器馈电的n个次级绕组，以及其中，在m个次级绕组群中的每个中，所述次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中，δ＝60°/n，以及其中，所述次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移，所述多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中，k是不为m的倍数的任何整数，并且变压器初级侧输入中的谐波消除模式具有6×m×n脉冲的形式。

【技术特征摘要】
2016.04.19 US 15/132,4771.一种电力转换系统，包括：多个电力转换器；移相变压器，所述移相变压器包括三相初级绕组、芯以及多个m个次级绕组群，其中，所述次级绕组群中的每个包括与相应的初级绕组电磁通信并对所述多个电力转换器馈电的n个次级绕组，以及其中，在m个次级绕组群中的每个中，所述次级绕组的相位角集合被选择成使次级绕组相位相对于每个相邻次级绕组相位移位次级绕组相移δ，以在初级线电流中形成6×n脉冲谐波消除模式，其中，δ＝60°/n，以及其中，所述次级绕组群的相位角集合都不相同，在任意两个次级绕组群之间存在非零次级绕组相移，所述多个次级绕组群之间的群相移等于kδ/m，其中，k是不为m的倍数的任何整数，并且变压器初级侧输入中的谐波消除模式具有6×m×n脉冲的形式。2.根据权利要求1所述的电力转换系统，其中，次级绕组群的数量m是3，不同次级绕组群之间的群相移是±δ/3或±2δ/3中之一，并且次级绕组相移包括选自+δ/3和-δ/3、+δ/3和+2δ/3以及-δ/3和-2δ/3的组合。3.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是1，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-20°)、(α0+0°)和(α0+20°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有18脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有6脉冲的形式。4.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是2，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-25°，α0+5°)、(α0-15°,α0+15°)和(α0-5°,α0+25°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有36脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有12脉冲的形式。5.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是3，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-6.67°，α0+13.33°)、(α0-20°，α0+0°，α0+20°)和(α0-13.33°,α0+6.67°,α0+26.67°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有54脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有18脉冲的形式。6.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是4，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-25°，α0-10°，α0+5°，α0+20°)、(α0-20°，α0-5°，α0+10°，α0+25°)和(α0-15°,α0,α0+15°,α0+30°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有72脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有24脉冲的形式。7.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是5，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-28°，α0-16°，α0-4°，α0+8°,α0+20°)、(α0-24°，α0-12°，α0+0°，α0+12°，α0+24°)和(α0-20°，α0-8°，α0+4°，α0+16°，α0+28°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有90脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有30脉冲的形式。8.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是6，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-26.67°，α0-16.67°，α0-6.67°，α0+3.33°，α0+13.33°，α0+23.33°)、(α0-30°，α0-20°，α0-10°，α0+0°，α0+10°，α0+20°)和(α0-23.33°，α0-13.33°，α0-3.33°，α0+6.67°，α0+16.67°，α0+26.67°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有108脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有36脉冲的形式。9.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是7，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-22.86°，α0-14.29°，α0-5.71°，α0+2.86°，α0+11.43°，α0+20°，α0+28.57°)、(α0-25.71°，α0-17.14°，α0-8.57°,α0+0°，α0+8.57°，α0+17.14°，α0+25.71°)，(α0-28.57°，α0-20°，α0-11.43°，α0-2.86°，α0+5.71°，α0+14.29°，α0+22.86°)，其中，α0是任意偏移角，所述变压器初级侧输入处的谐波消除模式具有126脉冲的形式，并且每个次级绕组群中的谐波消除模式具有42脉冲的形式。10.根据权利要求2所述的电力转换系统，其中，每个次级绕组群中的次级绕组的数量n是8，并且所述3个次级绕组群的相位角集合是(α0-27.5°，α0-20°，α0-12.5°，α0-5°，α0+2.5°，α0+10°，α0+17.5°，α0+25°)、(α0-30°，α0-22.5°，α0-15°，α0-7.5°，α0+0°，α0+7.5°，α0+15°，α0+22.5°)和(α0-25°，α0-17.5°，α0-10°，α0-2.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：程仲元，纳维德·R·扎加里，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US