[发明专利]一种适用于超导磁储能的DC/DC斩波器

说明书

本发明公开了一种适用于超导磁储能的DC/DC斩波器，包括第一斩波器、第二斩波器以及连接第一斩波器和第二斩波器的直流电容，第一斩波器包括：第一IGBT和第二IGBT串联，第一二极管和第二二极管分别并联在第一IGBT和第二IGBT的集电极和发射极两端，滤波电感的一端与第二IGBT的集电极端连接，另一端与直流电容的正极连接，第二IGBT的发射极端与直流电容的负极连接；第二斩波器包括：第三IGBT与第四二极管串联后并联在直流电容两端，第四IGBT与第三二极管串联后并联在直流电容的两端，超导储能电感的一端与第三IGBT的发射极端相连，另一端与第四IGBT的集电极端相连。本发明可以消除超导储能电感的高频PWM脉冲电压，提高超导磁储能的稳定性。

技术领域

本发明属于超导磁储能技术领域，更具体地，涉及一种适用于超导磁储能的DC/DC斩波器。

背景技术

传统电力系统没有大容量快速存取电能的器件，一旦系统受到扰动引发机-电功率失衡就可能对系统构成威胁，严重时会导致系统崩溃。超导磁储能系统(SMES)能为高压输电系统提供快速响应容量，提高系统稳定性、增大输电线路的极限输送功率，并可以抑制电网频率和电压的波动、改善供电品质。

超导磁体是SMES进行能量存储的关键部件，通过功率调节系统(PCS)与交流电网进行功率交换。目前，PCS一般采用基于高频开关器件的PWM变流器。根据电路拓扑结构，PCS可分为电流源型(Current Source Converter，CSC)和电压源型(Voltage SourceConverter，VSC)两种基本拓扑结构，这两种拓扑的直流侧输出波形均为高频PWM脉冲电压。目前中小型SMES的功率调节系统主要采用IGBT开关器件，PCS输出PWM脉冲电压的上升和下降时间很短，一般在0.2-0.4us。

变流器输出的具有陡上升沿/下降沿的PWM脉冲电压通过电缆和电流引线传输到超导磁体，由于电缆与超导磁体之间的阻抗不匹配，将产生波的反射和折射，从而在超导磁体接线端产生尖峰过电压。以VSC SMES系统为例，由于超导磁体固有的电流源特性，VSC直流侧必须通过斩波器(Chopper)与超导磁体相连，其电压波形的变化如图1所示。

图1(a)为“电网——变流器——斩波器——电缆——超导储能磁体”构成的一个简单等效电路；图1(b)为电网电压的波形；图1(c)为变流器直流端电容上的电压波形；图1(d)为斩波器输出端的电压波形；图1(e)为超导储能磁体承受的电压波形。

由图可知其尖峰电压幅值最大达到了数倍的直流母线电压。超导磁体承受的脉冲电压尖峰容易引起超导磁体线圈绝缘层局部放电的发生，又由于PCS输出PWM电压的频率远大于工频，这也会使局部放电显著增强。此外，脉冲电压陡上升/下降沿还会使绕组内部电压分布不均匀，导致个别绕组、匝间承受更高的电应力，使其绝缘加速老化。

由此可见，现有技术存在无法消除超导储能电感的高频PWM脉冲电压，且超导磁储能的稳定性较低的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种属于超导磁储能技术领域，由此解决现有技术存在无法消除超导磁体的高频PWM脉冲电压，且超导磁储能系统的稳定性较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于超导磁储能的DC/DC斩波器，包括第一斩波器、第二斩波器以及连接第一斩波器和第二斩波器的直流电容，

所述第一斩波器包括：第一IGBT、第二IGBT、第一二极管、第二二极管和滤波电感，所述第一IGBT和第二IGBT串联，所述第一二极管和第二二极管分别并联在第一IGBT和第二IGBT的集电极和发射极两端，所述滤波电感的一端与第二IGBT的集电极端连接，所述滤波电感的另一端与直流电容的正极连接，所述第二IGBT的发射极端与直流电容的负极连接；