一种应用于电力电子变压器的并联模组单元制造技术

技术编号：42968683 阅读：17 留言：0更新日期：2024-10-15 13:12

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，具体提供了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元及其控制方法，包含串联换流组件、高压谐振组件、低压谐振组件、隔离组件和分布式控制单元，本发明专利技术应用于电力电子变压器的模组单元，采用隔离绕组并联措施，减少低压谐振组件、隔离组件数量、隔离组件数量，从而降低整体成本。通过通信同步技术，解决多绕组变器的解耦问题。低压谐振组件输出采用全并联的方式，以提高载流能力。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子，具体涉及一种应用于电力电子变压器的并联模组单元。

技术介绍

1、随着新能源产业快速发展，多样化并网需求不断扩大，传统工频变压器因其体积重量大、损耗高、故障响应速度慢、波形易畸变等缺点而无法满足多样性需求，电力电子变压器作为新型配电设备，能克服传统变压器的缺点，在实现电力变换、电气隔离的基础功能兼顾动态电能调节、新能源柔性接入等多种功能，较好满足我国建设坚强智能电网的需求。

2、电力电子变压器通常采用模块化级联拓扑，一般由高压模组、高频变压器、低压模组等组成。高压模组串联分压，低压模组并联汇流，其中高压模组与中高压电网直连，从电网侧吸收的能量通过一系列变换后通过低压模组输出汇流，供负载使用或新能源端口接入，实现能量双向流动。目前模块结构形式多样，多数以高压模组、低压模组、高频变压器为一组整体设计，存在物料成本高、安装复杂等问题。

技术实现思路

1、本专利技术针对现有方案存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元方案，采用多种并联措施，减少模组数量、隔离组件数量，整体采用模块化结构，各模块间连接使用高自由度柔性连接，可以实现快速装配。

2、为实现上述目的，本专利技术提出了一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，包括串联换流组件、高压谐振组件、低压谐振组件、隔离组件和分布式控制单元，其中：

3、串联换流组件通过串联的方式，在分布式控制单元的控制下将高压交流与多组悬浮的低压直流进行互相转换，实现能量双向流动。</p>

4、高压谐振组件通过谐振方式，在分布式控制单元的控制下将低压直流转换为高频谐振电流，通过隔离组件与低压谐振组件之间进行双向能量传递。

5、低压谐振组件通过谐振方式，在分布式控制单元的控制下将高频谐振电流转换为低压直流，通过隔离组件与高压谐振组件之间进行双向能量传递。

6、隔离组件是一个具有多个耦合绕组的磁性器件。其内部包含2个高压绕组和1个低压绕组，共同缠绕在一个磁芯上。起到能量传递与高压绝缘的作用。

7、通过2个高压谐振组件共用隔离组件，可以将隔离组件和低压谐振组件的数量减少为常规方案的一半。由于隔离组件的耐压水平较高，因此可以大幅降低绝缘材料、磁芯等元件的成本。

8、首先，本专利技术适用于三相供电，每一相有n个模组单元和1套分布式控制组件构成。每个模组单元包含2个串联换流组件、2个高压谐振组件、1个低压谐振组件、1个隔离组件。

9、每一个串联换流组件两组2个串联的开关元件和1个电容构成；每一组开关元件中，开关元件s11(s21)的发射极与开关元件s12(s21)的集电极连接，构成第11(21)连接点；开关元件s13(s23)的发射极与开关元件s14(s24)的集电极连接，构成第12(22)连接点。s1与s3的集电极、s2与s4的发射极分别连接在一起，分别构成相互独立的正高压母线1(2)与负高压母线1(2)。电容c11(c21)两级分别连接至正高压母线1(2)与负高压母线1(2)。第12连接点和第21连接点连接。

10、首个模组单元的第11连接点连接至输入电抗器l1，第22连接点连接至第2个模组单元的第11连接点，第2个模组单元的第22连接点连接至第3个模组单元的第11连接点，依次类推，直至第n个模组单元。三相的第n个模组单元的第22连接点并联在一起。

11、进一步的，每一个串联换流组件连接一个高压谐振组件。高压谐振组件由两组2个串联的开关元件(第一个高压谐振组件中的4个开关元件为s15～s18，第二个高压谐振组件中的4个开关元件s25～s28)和1个电容cr11(cr21)构成；每一组开关元件中，开关元件s15(s25)的发射极与开关元件s16(s26)的集电极连接，构成第13(23)连接点；开关元件s17(s27)的发射极与开关元件s18(s28)的集电极连接，构成第14(24)连接点。s15(s25)与s17(s27)的集电极、s16(s26)与s18(s28)的发射极分别连接至正高压母线1(2)与负高压母线1(2)。电容cr11(cr21)的一端连接至第13(23)连接点，另一端为第15(25)连接点。

12、进一步的，每2个相邻的高压谐振组件(如第1个与第2个)连接1个隔离组件。每个隔离组件由2个高压绕组l1、l2和1个低压绕组l3及1个磁芯构成。高压绕组由绝缘灌封材料包裹，低压绕组缠绕在绝缘骨架上。l1(l2)的引出端连接至第14(24)、第15(25)连接点。l3的引出构成第6、第7连接点。

13、进一步的，低压谐振组件由两组2个串联的开关元件和2个电容构成；开关元件sl1的发射极与开关元件sl2的集电极连接，构成第8连接点；开关元件sl3的发射极与开关元件sl4的集电极连接，连接至隔离组件的第6连接点。sl1与sl3的集电极、sl2与sl4的发射极分别连接在一起，分别连接至正低压母线与负低压母线，c2连接在正低压母线与负低压母线两端。电容cr2的一端连接至第8连接点，另一端为第7连接点。

14、进一步的，所有低压谐振组件的正、负低压母线并联，构成直流端口。第4、第5、第7、第9连接点，及各光纤连接器，均使用模块化导向式柔性插拔连接器，可以实现快速装配。

15、进一步的，分布式控制组件包含1个总控制器、n个高压侧控制器和n/2个低压侧控制器。总控制器生成调制信号及同步信号，传送至n个高压侧控制器，高压侧控制组件根据总控制器命令生成驱动信号，控制串联换流组件和高压谐振组件中的开关元件工作。高压侧控制器生成同步信号，传送至低压侧控制器。低压侧控制器根据高压侧控制器命令生成驱动信号，控制低压谐振组件中的开关元件工作。总控制器、高压侧控制器、低压侧控制器之间通过光纤进行通讯，通信内容使用数字编码，在编码格式中内嵌时钟及校验，提高传输可靠性。

16、本专利技术的有益技术效果：本专利技术应用于电力电子变压器的模组单元，采用多种并联措施，减少模组数量、隔离组件数量，从而降低整体成本。整体采用模块化结构，各模块间连接使用高自由度柔性连接，可以实现快速装配，提高安装效率。

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【技术保护点】

1.一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，每个模组单元包含2个串联换流组件、2个高压谐振组件、1个低压谐振组件、1个隔离组件和1套分布式控制组件；串联换流组件通过串联的方式，在分布式控制单元的控制下将高压交流与多组悬浮的低压直流进行互相转换，实现能量双向流动；高压谐振组件通过谐振方式，在分布式控制单元的控制下将低压直流转换为高频谐振电流，通过隔离组件与低压谐振组件之间进行双向能量传递；低压谐振组件通过谐振方式，在分布式控制单元的控制下将高频谐振电流转换为低压直流，通过隔离组件与高压谐振组件之间进行双向能量传递；隔离组件是一个具有多个耦合绕组的磁性器件，其内部包含2个高压绕组和1个低压绕组，共同缠绕在一个磁芯上，起到能量传递与高压绝缘的作用。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，每个串联换流组件通过高压悬浮直流母线连接1个高压谐振组件，2个高压谐振组件分别连接隔离组件的2个高压绕组，低压绕组连接1个低压谐振组件；隔离组件的2个高压绕组之间只需满足低压电气绝缘要求，整体灌封在绝缘材料中；低压绕组绕制在绝缘骨架上，无需灌封。

3.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，串联换流组件由两组2个串联的开关元件和1个电容构成；每一组开关元件中，开关元件S11(S21)的发射极与开关元件S12(S21)的集电极连接，构成第11(21)连接点；开关元件S13(S23)的发射极与开关元件S14(S24)的集电极连接，构成第12(22)连接点；S1与S3的集电极、S2与S4的发射极分别连接在一起，分别构成相互独立的正高压母线1(2)与负高压母线1(2)。

4.根据权利要求3所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，串联换流组件使用双极倍频调制，开关周期为Ts，每个串联换流组件之间载波与上一个组件的相移为Ts/2N，而调制波一致；如此，通过不同模组之间的电压合成，可以提升整体电平数量，提高波形质量。不同的模组之间，通过总控制器进行同步控制。

5.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，高压谐振组件由两组2个串联的开关元件(第一个高压谐振组件中的4个开关元件为S15～S18，第二个高压谐振组件中的4个开关元件S25～S28)和1个电容Cr11(Cr21)构成；每一组开关元件中，开关元件S15(S25)的发射极与开关元件S16(S26)的集电极连接，构成第13(23)连接点；开关元件S17(S27)的发射极与开关元件S18(S28)的集电极连接，构成第14(24)连接点；S15(S25)与S17(S27)的集电极、S16(S26)与S18(S28)的发射极分别连接至正高压母线1(2)与负高压母线1(2)；电容Cr11(Cr21)的一端连接至第13(23)连接点，另一端为第15(25)连接点。

6.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，每个隔离组件由2个高压绕组L1、L2和1个低压绕组L3及1个磁芯构成；高压绕组由绝缘灌封材料包裹，低压绕组缠绕在绝缘骨架上；L1的引出端连接至第14、第15连接点；L2的引出端连接至第24、25连接点；L3的引出构成第6、第7连接点。

7.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，低压谐振组件由两组2个串联的开关元件和2个电容构成；开关元件SL1的发射极与开关元件SL2的集电极连接，构成第8连接点；开关元件SL3的发射极与开关元件SL4的集电极连接，连接至隔离组件的第6连接点；SL1与SL3的集电极、SL2与SL4的发射极分别连接在一起，分别连接至正低压母线与负低压母线，电容C2连接在正低压母线与负低压母线两端；电容Cr2的一端连接至第8连接点，另一端为第7连接点。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，高压谐振组件、隔离组件、低压谐振组件构成一个双向直流-直流变换器单元，当变换器单元处于正向工作模态时，2个高压谐振组件的开关精确同步工作，低压谐振组件的开关不工作，仅通过二极管进行不控整流；2个高压谐振组件的同步信号来自总控制器；此时，能量可由高压侧向低压侧流动；

9.根据权利要求1所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，分布式控制单元之间的光纤通讯采用8b/10b编码，接收端以8倍通信载波频率进行采样并进行多数判断后，提取比特流及精确边沿；比特流输入时钟检测/恢复模块进行时钟提取，提取出的时钟信号输入PLL进行倍频后用于各开关元件控制信号的载波生成；如此，可使...

【技术特征摘要】

3.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，串联换流组件由两组2个串联的开关元件和1个电容构成；每一组开关元件中，开关元件s11(s21)的发射极与开关元件s12(s21)的集电极连接，构成第11(21)连接点；开关元件s13(s23)的发射极与开关元件s14(s24)的集电极连接，构成第12(22)连接点；s1与s3的集电极、s2与s4的发射极分别连接在一起，分别构成相互独立的正高压母线1(2)与负高压母线1(2)。

4.根据权利要求3所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，串联换流组件使用双极倍频调制，开关周期为ts，每个串联换流组件之间载波与上一个组件的相移为ts/2n，而调制波一致；如此，通过不同模组之间的电压合成，可以提升整体电平数量，提高波形质量。不同的模组之间，通过总控制器进行同步控制。

5.根据权利要求2所述的一种应用于电力电子变压器的并联模组单元，其特征在于，高压谐振组件由两组2个串联的开关元件(第一个高压谐振组件中的4个开关元件为s15～s18，第二个高压谐振组件中的4个开关元件s25～s...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，范建华，靳俊杰，贾猛，王涛，于明雨，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人