中高压电能变换系统技术方案

本实用新型专利技术至少揭示一种中高压电能变换系统，其包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置。电源侧变换器装置将电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源。负载侧变换器装置该直流电能转换成第二种交流电能，或者将第二种交流电能转换成直流电能。电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。由于电源侧变换器装置采用嵌套式中点导向的拓扑架构，并且通过电源侧滤波装置与电源连接，可以完全省去传统使用的变压器，这样不仅可以降低成本，提高功率密度，也可以实现电能的双向流动。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及中高压电能变换系统，特别涉及用于驱动电机负载的无变压器式中高压电能变换系统。
技术介绍
电能变换系统中通常使用变换器(Converter)进行能量变换，以将一种形式的能量变换成另一种形式的能量。特别地，多电平变换器，例如，三电平、五电平以及更高电平等级的变换器等，由于其较好的输出波形品质以及较高的耐压能力，在很多工业领域取得逐渐广泛的应用。例如，多电平逆变器已经被应用在石化、造纸、矿山、冶金、电厂、水处理厂等领域，以给特定的负载，例如，交流电机等提供交流输出电压。在中高压电能变换系统中，整流侧通常使用多脉冲整流器来获得直流电压，并且，通过对与电网连接的变压器的副边进行移相控制，可以消除特定的次谐波，以改善电流的质量。然而，使用变压器的缺点是其比较笨重，成本相对较高，损耗也比较大，另外，由于多脉冲整流器一般采用不可控整流电路，因而其电能只能从电网流向负载，无法实现四象限运行。因此，有必要对现有的变换器装置的电路结构进行改进，以解决上述提及的至少一种技术问题。
技术实现思路
有鉴于上文提及之技术问题，本技术的一个方面在于提供一种中高压电能变换系统。该中高压电能变换系统包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置。该电源侧滤波装置电连接在电网和该电源侧变换器装置之间，该电源侧变换器装置用于将该电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源。该负载侧变换器装置与该电源侧变换器装置电连接，该负载侧变换器装置用于将该直流电能转换成第二种交流电能，并将该第二种交流电能提供给负载，或者将第二种交流电能转换成直流电能，并将该直流电能回馈给该电源侧变换器装置。其中，该电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该电源侧滤波装置为差模滤波装置。该差模滤波装置包括第一电源侧滤波电感，第二电源侧滤波电感和至少由一个电容器形成的支路，该第一电源侧滤波电感和该第二电源侧滤波电感串联连接在该电源和该第一变换器装置之间的线路上。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该电源侧滤波装置为差模滤波装置。该差模滤波器包括至少一个由电感和电容串联形成的陷波滤波支路。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该差模滤波装置为三相差模滤波器，该三相差模滤波器包括第一相第一电感，第二相第一电感，第三相第一电感，该第一相第一电感连接在该电源和该第一变 换器装置之间的第一相线路上，该第二相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第二相线路上，该第三相第一电感连接在该电源和该第一变换器装置之间的第三相线路上。该三相差模滤波器还包括第一相支路，第二相支路和第三相支路，该第一相支路的一端和该第一相线路电连接，该第二相支路的一端和该第二相线路电连接，该第三相支路的一端和该第三相电路电连接，该第一相支路的另一端，该第二相支路的另一端和该第三相支路的另一端共同电连接，该第一相支路至少包括第一电容器，该第二相支路至少包括第二电容器，该第三相支路至少包括第三电容器。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一相支路，该第二相支路和该第三相支路之间的共同连接点选择性的接地。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该三相差模滤波器还包括第一相第二电感，第二相第二电感和第三相第二电感，该第一相第二电感和该第一相第一电感串联连接，该第二相第二电感和该第二相第一电感串联连接，该第三相第二电感和该第三相第一电感串联连接。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源和该电源侧变换器装置之间。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该中高压电能变换系统还包括共模滤波装置，该共模滤波装置连接在该电源侧变换器装置和该负载侧变换器装置之间。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，在进行电能变换时，该多个开关单元中的至少二者时既可以通过互补方式进行开关操作也可以通过非互补方式进行开关操作。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，该多个开关单元中的至少一者或者为单一的开关器件，或者包括至少两个串联连接的开关器件。·在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元。该第一变换器装置至少包括串联连接的第一飞跨电容器和第二飞跨电容器。在一个或者多个基波周期内，该第一飞跨电容器和该第二飞跨电容器的电压通过选择性地利用该多个开关单元所存在的冗余开关状态进行平衡。在一些实施方式中，在提供的中高压电能变换系统中，该第一变换器模块和该第二变换器模块每一者包括多个开关单元，在一个基波周期的至少一部分时间间隔，施加至该多个开关单元中的至少一者之开关驱动信号被封闭，以减少开关单元的开关次数。在本技术提供的中高压电能变换系统中，由于第一变换器装置采用嵌套式中点导向的拓扑架构，并且通过网侧滤波装置与电网连接，可以完全省去传统使用的变压器，这样不仅可以降低成本，提高功率密度，也可以实现电能的双向流动。附图说明通过结合附图对本技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本技术，在附图中:图1所示为本技术提出的系统的一种实施方式的模块示意图；图2所示为图1所示的系统中变换器装置的一种实施方式的详细拓扑架构示意图；图3所示为图2所示的变换器装置具有模块式级联架构的一相桥臂的一种实施方式示意图；图4所示为提供给图3所示的一相桥臂中的多个开关单元的一种实施方式的驱动信号波形示意图以及输出电压和输出电流的波形示意图；图5所示为新拓扑架构的变换器装置的一种实施方式的输出波形示意图；图6所示为新拓扑架构的变换器装置中的第一种开关单元的一种实施方式的详细电路不意图；图7所示为新拓扑架构的变换器装置中的第一种开关单元的另一种实施方式的详细电路示意图；图8所示为新拓扑架构的变换器装置中的第二种开关单元的一种实施方式的详细丰旲块不意图；图9所示为新拓扑架构的变换器装置中的第二种开关单元的另一种实施方式的详细模块示意图；图10所示为新拓扑架构的变换器装置中的一相输入/输出臂的一种实施方式的详细电路结构示意图；图11所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的一种实施方式的不意图；图12所示为图 1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；图13所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；图14所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；图15所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；图16所示为图1所示的电能变换系统之电网侧或者整流侧的至少一部分电路的另一种实施方式的示意图；以及图17所示为图1所示的电能变换系统之负载侧或者逆变侧的至少一部分电路的一种实施方式的不意图。具体实施方式以下将描述本技术的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中高压电能变换系统，其特征在于：该中高压电能变换系统包括电源侧变换器装置，负载侧变换器装置和电源侧滤波装置；该电源侧滤波装置电连接在电源和该电源侧变换器装置之间，该电源侧变换器装置用于将该电源提供的第一种交流电能转换成直流电能或者将直流电能转换成交流电能以回馈给该电源；该负载侧变换器装置与该电源侧变换器装置电连接，该负载侧变换器装置用于将该直流电能转换成第二种交流电能，并将该第二种交流电能提供给负载，或者将第二种交流电能转换成直流电能，并将该直流电能回馈给该电源侧变换器装置；其中，该电源侧变换器装置至少包括形成嵌套式中点导向拓扑架构的第一变换器模块和第二变换器模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德张，张帆，刘艳，萨米尔索哈，沈捷，斯蒂芬施勒德，
申请(专利权)人：通用电气能源电能变换科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：