[发明专利]一种基于电网虚拟磁链定向的电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体的，是一种基于电网虚拟磁链定向的电力电子变压器。

背景技术

变压器是电网供配电系统中最重要也是最昂贵的器件之一，其主要功能是完成电压变换、系统隔离以及噪声解耦等。传统变压器之所以昂贵，其主要原因在于其体积大，材料昂贵。随着硅钢片、铜及变压器油的价格越来越高，变压器的制造和运行成本也越来越高。传统变压器因为体积大，在一定场合使用也受到一定的限制。例如在煤矿井下，其空间狭小，特别是需要防爆装置，一般变压器无法满足其需要。变压器的尺寸是一个关于铁芯的磁通饱和密度和铁芯与绕组允许最大温升的函数。而饱和磁通密度与供电的频率成反比，如果充分提高变压器的供电频率，可提高变压器硅钢磁芯的利用率，从而减小变压器的尺寸。

随着用户对电网的要求越来越高及国家建设智能电网的计划出台，传统变压器已不能满足电网改造及用户的要求。其只能改变电网电压的大小，电能只能从电网到用户的单相流动，无法实现电能的双向流动。在新能源发电越来越多的今天，用户多余的电能无法从用户并入电网显然不能满足人们的需求。另一方面，根据用户性质不同，需要不同的功率因数，而传统变压器无法改变电网的功率因数，无法满足用户需求。

随着通信技术及自动化控制技术的发展，电网运行的自动化及远程监控越来越受到重视，传统变压器输出全部为模拟量信号，没有控制器存在，无法实现对变压器的自动化操作，对其通过网络监控也比较困难，现在大多数还依靠人力抄表或依靠电子传感器等监控变压器，然后数据上网完成监控，实时性较差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处，本发明提出了一种基于电网虚拟磁链定向的电力电子变压器，其高压侧采用中点箝位型三电平电压源型整流器，低压侧采用两电平电压源逆变器，整流和逆变控制都采用基于虚拟磁链定向控制。中间环节采用提高供电频率方法有效减小变压器体积，实现变压器两侧的隔离。

本发明采用如下技术方案：

一种基于电网虚拟磁链定向的电力电子变压器，包括整流器、中间隔离级、逆变器和控制板，整流器的交流端与电网连接，整流器的直流端与中间隔离级的高压侧端口连接，逆变器的直流端与中间隔离级的低压侧端口连接，逆变器的交流端与输电线路或负荷连接，控制板与整流器、中间隔离级和逆变器分别相连；

整流器和逆变器均为三相三桥臂电路，每相桥臂包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括多个功率开关器件，每相多个功率开关器件串联；

中间隔离级包括高频调制部分、高频变压器部分和高频还原部分，高频变压器部分位于高频调制部分和高频还原部分之间，并与高频调制部分和高频还原部分相连；高频调制部分将直流电压变换为高频交流电压，高频变压器部分将高频交流电压变换为高频直流电压，高频还原部分将高频直流电压变换为高频交流电压；所述高频调制部分和高频还原部分分别包括多个功率开关器件；

控制板产生脉冲信号控制整流器、中间隔离级和逆变器中的功率开关器件的开关。

进一步的，控制板包括数字信号处理器和现场可编程门阵列，数字信号处理器与现场可编程门阵列通信，数字信号处理器给现场可编程门阵列发送指令，现场可编程门阵列接收指令后产生控制整流器、中间隔离级和逆变器的功率开关器件的脉冲信号。

更进一步的，脉冲信号的频率为2Hz。

进一步的，整流器或/和逆变器采用基于虚拟磁链定向方法控制。

进一步的，还包括电抗器一，电抗器的一端与电网相连，另一端与整流器的交流端相连。

进一步的，还包括电抗器二，电抗器的一端与变压器的交流端相连，另一端与输电线路或负荷相连。

进一步的，功率开关器件为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应管、集成门极换流晶闸管或对称门极换流晶闸管。

本发明提出了一种基于电网虚拟磁链定向的电力电子变压器，高压侧采用三电平拓扑结构，可以降低单个开关管的耐压要求，从而提高变压器的耐压等级。另外，采用基于虚拟磁链的定向的控制策略，减小电网波动对系统的影响。中间隔离级采用提高供电频率，使变压器体积大大减小，且每个变压器只需要承受一半的直流电压，降低了单个变压器的耐压等级，节约了成本。变压器的逆变采用两电平结构，在符合耐压条件的情况下减少了开关管个数，并且采用基于虚拟磁链定向的控制策略，节省了交流侧的电压传感器，减小了设备体积及成本。

附图说明

图1是电力电子变压器拓扑结构图；

图2是图1中三电平整流器的电路拓扑结构图；