專利名稱：基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于發(fā)電機勵磁技術領域，具體涉及一種基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統。
背景技術：
隨著電網容量和規(guī)模的發(fā)展，電力系統對勵磁控制的可靠性和動態(tài)性能要求越來越高，同步發(fā)電機自并勵勵磁系統以其獨特的優(yōu)點成為國內外勵磁控制的主要方式。現代電力系統要求同步發(fā)電機勵磁系統能抑制0.1Hz 3Hz低頻/超低頻振蕩，然而常規(guī)可控硅整流的勵磁系統已很難達到抑制0.1Hz 3Hz的寬范圍低頻振蕩的目的。當電網發(fā)生低頻/超低頻振蕩時，同步發(fā)電機機端電壓也將隨之大幅度低頻/超低頻振蕩，機端電壓有可能較長時間持續(xù)在較低水平。在振蕩期間，如果系統發(fā)生短路故障或需要增補無功，則要求自并勵勵磁系統強行勵磁，一旦出現勵磁能力不足，必將導致系統事故擴大化。

實用新型內容本實用新型的目的在目的在于提供基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，具有良好的可擴展性，可以方便地擴展到很高的電壓等級和功率水平，實現較高的電平數，減小交直流諧波分量。一種基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，包括模塊化多電平變流器、隔離級和勵磁線圈；模塊化多電平變流器的交流端口與同步發(fā)電機機端直接連接，模塊化多電平變流器的直流端口與隔離級的高壓方端口連接，隔離級的低壓方端口連接勵磁線圈的端口。進一步地，所述模塊化多電平變流器包括三相三橋臂電路，每相橋臂電路均包括上、下兩個橋臂，每個上橋臂和下橋臂均包括多個半橋子模塊和一個限流電抗器，多個半橋子模塊依次串聯，串聯后的一端與限流電抗器連接后作為交流端口，另一端作為直流端口。進一步地，所述半橋子模塊由一個半橋電路和電容并聯組成。進一步地，所述隔離級包括高頻調制部分、中頻變壓器和高頻還原部分，高頻調制部分的輸入端為高壓方端口，高頻調制部分的輸出端連接中頻變壓器的高壓方繞組，中頻變壓器的低壓方繞組連接高頻還原部分的輸入端，高頻還原部分的輸出端為低壓方端口。進一步地，所述中頻變壓器由一個高壓方繞組和多個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一 H橋功率變換模塊組成，每個第一 H橋功率變換模塊的輸出端依次串聯后與中頻變壓器的高壓方繞組連接，每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二H橋功率變換模塊組成，每個第二H橋功率變換模塊的輸入端分別與中頻變壓器低壓方的多個繞組 相連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。進一步地，所述中頻變壓器由多個高壓方繞組和多個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一 H橋功率變換模塊組成，每個第一 H橋功率變換模塊的輸出端與中頻變壓器的多個高壓方繞組一一連接，每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二 H橋功率變換模塊組成，每個第二 H橋功率變換模塊的輸入端分別與中頻變壓器低壓方的多個繞組 相連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。進一步地，所述中頻變壓器為多個，每個中頻變壓器由一個高壓方繞組和一個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一H橋功率變換模塊組成，多個第一H橋功率變換模塊的輸出端與多個中頻變壓器的高壓方繞組一一連接，每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二H橋功率變換模塊組成，多個第二H橋功率變換模塊的輸入端與多個中頻變壓器的多個低壓方繞組一一連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。本實用新型具有以下技術效果:(I)本實用新型在應用中，模塊化多電平變流器的每相橋臂由模塊組成，具有良好的可擴展性，可以方便地擴展到很高的電壓等級和功率水平，因此可以去掉額定電壓較高、體積較大的工頻勵磁變壓器，在隔離級加入額定電壓較低、體積較小的中頻變壓器。(2)由于采用模塊化設計，因而可以實現較高的電平數，交直流諧波分量會大為減小，濾波裝置的容量和體積也會相應減小。(3)在諧波允許范圍內，可以適當降低開關頻率，減小開關損耗，提高系統的效率。(4)采用一定的控制策略，可以靈活控制有無功功率的雙向流動，為電力系統提供正阻尼，有效抑制電力系統低頻/超低頻振蕩，提高電力系統穩(wěn)定性。(5)沒有傳統的晶閘管型自并勵勵磁系統的換相失敗問題，具有較高的可靠性。

圖1為本實用新型結構示意圖。圖2為模塊化多電平變流器的半橋子模塊結構示意圖。圖3為第一種隔離級結構示意圖。圖4為第二種隔離級結構示意圖。圖5為第三種隔離級結構示意圖。圖6為勵磁線圈結構示意圖。
具體實施方式
下面通過借助實例更加詳細地說明本實用新型，但以下實施例僅是說明性的，本實用新型的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本實用新型提供的系統包括模塊化多電平變流器3、隔離級4和勵磁線圈5 ;模塊化多電平變流器3的交流端口 a與同步發(fā)電機機端直接連接，模塊化多電平變流器3的直流端口 b與隔離級4的高壓方端口 c連接，隔離級4的低壓方端口 d連接勵磁線圈5的端口 e。模塊化多電平變流器3將交流轉換為直流，隔離級4將高壓轉換為低壓，勵磁線圈5產生勵磁電流。如圖2所示，模塊化多電平變流器包括有三相三橋臂電路，每相電路均包括上、下兩個橋臂，每個上橋臂和下橋臂均包括N個基于全控開關器件的半橋子模塊I和一個限流電抗器，N個半橋子模塊依次串聯，串聯后的一端與限流電抗器連接后作為交流端口 a，另一端作為直流端口 b。半橋子模塊I由一個半橋電路和電容并聯組成。圖3給出隔離級第一種實施方式，隔離級4由高頻調制部分、中頻變壓器和高頻還原部分組成；高頻調制部分，由M個H橋功率變換模塊組成，每個H橋功率變換模塊通過橋臂中點端口依次串聯后與中頻變壓器的高壓方繞組連接，每個H橋功率變換模塊通過橋臂中點端口外的另一端口依次串聯構成高壓方端口 c ;高頻還原部分，由P個H橋功率變換模塊組成，橋臂中點端口分別與中頻變壓器低壓方的P個繞組一一相連，每個H橋功率變換模塊通過橋臂中點端口外的另一端口并聯構成低壓方端口 d。M和P根據發(fā)電機機端電壓等級確定，電壓等級越高，M和P越大。圖4為第二種隔離級結構示意圖，與圖3的區(qū)別在于中頻變壓器的高壓方由M個繞組構成，高頻調制部分的每個H橋功率變換模塊橋臂中點端口直接與中頻變壓器的高壓方M個繞組——連接。圖5為第三種隔離級結構示意圖，與圖3的區(qū)別在于隔離級包含多個中頻變壓器構成，每個中頻變壓器高壓方和低壓方均為一個繞組，高壓方繞組與高頻調制部分的一個功率變換模塊的橋臂中點端口連接，低壓方繞組與高頻還原部分的一個功率變換模塊的橋臂中點端口連接。圖6為勵磁線圈結構示意圖，由滅磁開關、非線性電阻和勵磁繞組構成,非線性電阻與勵磁繞組并聯后與滅磁開關串聯構成端口 e。本實用新型通過調節(jié)隔離級DC/DC電路開關器件的占空比以實現勵磁電壓從零開始上升的功能；通過直流勵磁和控制交流側無功功率為電力系統提供阻尼，從而抑制電力系統低頻/超低頻振蕩，提高電力系統穩(wěn)定性。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，包括模塊化多電平變流器、隔離級和勵磁線圈；模塊化多電平變流器的交流端口與同步發(fā)電機機端直接連接，模塊化多電平變流器的直流端口與隔離級的高壓方端口連接，隔離級的低壓方端口連接勵磁線圈的端口。
2.根據權利要求1所述的基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述模塊化多電平變流器包括三相三橋臂電路，每相電路均包括上、下兩個橋臂，每個上橋臂和下橋臂均包括多個半橋子模塊和一個限流電抗器，多個半橋子模塊依次串聯，串聯后的一端與限流電抗器連接后作為交流端口，另一端作為直流端口。
3.根據權利要求2所述的基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述半橋子模塊由一個半橋電路和電容并聯組成。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述隔離級包括高頻調制部分、中頻變壓器和高頻還原部分，高頻調制部分的輸入端為高壓方端口，高頻調制部分的輸出端連接中頻變壓器的高壓方繞組，中頻變壓器的低壓方繞組連接高頻還原部分的輸入端，高頻還原部分的輸出端為低壓方端口。
5.根據權利要求4所述的基于模塊化 多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述中頻變壓器由一個高壓方繞組和多個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一H橋功率變換模塊組成，每個第一 H橋功率變換模塊的輸出端依次串聯后與中頻變壓器的高壓方繞組連接，每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二 H橋功率變換模塊組成，每個第二 H橋功率變換模塊的輸入端分別與中頻變壓器低壓方的多個繞組一一相連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。
6.根據權利要求4所述的基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述中頻變壓器由多個高壓方繞組和多個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一H橋功率變換模塊組成，每個第一 H橋功率變換模塊的輸出端與中頻變壓器的多個高壓方繞組--連接,每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二 H橋功率變換模塊組成，每個第二 H橋功率變換模塊的輸入端分別與中頻變壓器低壓方的多個繞組一一相連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。
7.根據權利要求4所述的基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，其特征在于，所述中頻變壓器為多個，每個中頻變壓器由一個高壓方繞組和一個低壓方繞組組成；所述高頻調制部分由多個第一 H橋功率變換模塊組成，多個第一 H橋功率變換模塊的輸出端與多個中頻變壓器的高壓方繞組一一連接，每個第一 H橋功率變換模塊輸入端依次串聯構成高壓方端口 ；所述高頻還原部分由多個第二H橋功率變換模塊組成，多個第二H橋功率變換模塊的輸入端與多個中頻變壓器的多個低壓方繞組一一連接，每個第二 H橋功率變換模塊的輸出端并聯構成低壓方端口。
專利摘要本實用新型提出了一種基于模塊化多電平變流器的自并勵勵磁系統，包括模塊化多電平變流器、隔離級和勵磁線圈；模塊化多電平變流器的交流端口與同步發(fā)電機機端直接連接，模塊化多電平變流器的直流端口與隔離級的高壓方端口連接，隔離級的低壓方端口連接勵磁線圈的端口。本實用新型具有良好的可擴展性，可方便地擴展到很高的電壓等級和功率水平，適用于高電壓、大功率應用場合，并可通過直流勵磁和控制交流側無功功率為電力系統提供正阻尼，從而有效抑制電力系統低頻/超低頻振蕩，提高電力系統穩(wěn)定性。
文檔編號H02M7/12GK202978804SQ20122069624
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權日2012年12月14日
發(fā)明者毛承雄, 王丹, 孫建波, 張步涵, 李小平, 陸繼明, 李淼, 李大虎, 樊華, 李文意, 吳小珊 申請人:湖北省電力公司, 華中科技大學, 國家電網公司