[实用新型]一种模块化H桥级联型多电平互平衡电力电子变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种变压器，具体涉及一种模块化H桥级联型多电平互平衡电力电子变压器。

背景技术

电力电子变压器又称为固态变压器或柔性变压器，它是以电力电子变流技术和电磁感应技术为基础的新型变压器，它彻底的改变了传统变压器的系统结构，在实现常规电力变压器电压等级变换、电气隔离和能量传递等基本功能的基础上，还可以实现双向潮流控制、电能质量控制等许多额外功能，是下一代智能电网建设的关键装备。采用全控型复合电力电子器件绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，可以实现电力电子变压器的灵活控制，方便其能在四象限运行。然而目前该种器件的最高耐受电压低于6.5千伏，而我国目前的配电网低电压配电变压器也在10千伏以上，如果采用器件串联均压的方式，还必须另外加装均压电路和控制方法，即使是采用功率器件直接串联的两电平结构，也存在动、静均压问题，并且dv/dt较大，会产生难以处理的电磁干扰问题，存在着功率器件失效甚至击穿等隐患。因此受电力电子元器件发展水平的限制，适应于电网需求的高压、大功率、大电流的满足四象限运行的电力电子变压器离实用化还相距甚远。

多电平技术的提出，为中高压型大功率变流器的研究和应用提供了一条崭新思路，且具有两电平变流器不可相比的一系列优势，例如输出电压等级高、电压波形好、谐波小等，其主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跃电容箝位型、具有独立直流电压源的H桥级联型。飞跃电容箝位型多电平变流器需要大量大体积的电容，二极管箝位型多电平变流器存在固有的直流中点电位不平衡问题，H桥级联电压型多电平变流器不存在中点电位波动问题。目前的一些电力电子变压器技术不具备三相电能自动互平衡的能力，需要单独进行控制才能解决。

电力电子变压器是近年来随着大功率电力电子技术的发展而逐步发展起来的新型电力变压器。它在实现常规电力变压器电压等级变换、电气隔离和能量传递等基本功能的基础上，还可以实现潮流控制、电能质量控制等许多额外功能，这是因为它可以实际控制包括对电压(或电流)的幅值、相位、频率、相数、相序和波形等电能参数。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种模块化H桥级联型多电平互平衡电力电子变压器，以IGBT为基本构成电力电子器件，利用有效的控制策略使得电力电子变压器满足四象限控制运行，可以进行双向潮流控制，并且主电路采用H桥级联型多电平模块化结构，方便大规模模块化生产，可以满足实际高电压等级应用，并使输出电压谐波含量更低，器件开关频率低，损耗更小，无均压问题。本专利提出的系统结构为AC/DC/AC方式，具备高压级、隔离级和低压级，在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，亦可以完成潮流控制和电能质量调节功能。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下方案：

本发明提供一种模块化H桥级联型多电平互平衡电力电子变压器，所述电力电子变压器包括AC/DC整流器、DC/AC变流器、高频变压器、AC/DC变流器、低压级直流母线并联模块和DC/AC逆变器；所述AC/DC整流器通过高压直流母线连接所述DC/AC变流器，所述DC/AC变流器、高频变压器和AC/DC变流器依次连接，所述AC/DC变流器通过低压直流母线连接低压级直流母线并联模块，所述低压级直流母线并联模块连接所述DC/AC逆变器。

工频交流输入信号经过所述AC/DC整流器变换为第一直流电压信号，所述DC/AC变流器将所述第一直流电压信号调制为高频交流方波信号，所述高频交流方波信号经过所述高频变压器实现电压等级变换和电磁隔离，所述AC/DC变流器再将高频变压器输出的高频交流方波信号转换为第二直流电压信号，所述第二直流电压信号通过低压级直流母线并联模块输入给所述DC/DC逆变器，DC/AC逆变器将第二直流电压信号变换为所需的工频交流输出信号，实现对负载的供电。

所述AC/DC整流器由多个单相H桥变流器模块级联构成，以提高电力电子变压器输入测的电压等级；所述H桥变流器模块的级联数取决于电力电子变压器高压侧所接配电网的电压等级和所用功率器件的耐压水平，AC/DC整流器的三相电路采用星形结构。

所述DC/AC变流器由n个单相全桥DC/AC变流器模块组成，其直流侧通过高压直流母线与所述AC/DC整流器的直流侧连接，完成第一直流电压信号到高频交流方波信号的变换。

所述高频变压器每相绕组均采用n入三出的绕组结构，实现高/低压级高频交流方波信号电压等级变换和电气隔离。