一種換流裝置的制作方法

本實用新型涉及電力電子裝置，具體涉及一種換流裝置。

背景技術：

目前，電力電子換流裝置可實現潮流靈活控制，有功/無功綜合補償，諧波治理等功能，被廣泛應用于電力系統等領域。但這些換流裝置大都存在變換環節較多、整體占地面積大，運行效率較低等問題。要實現電力電子裝置的緊湊化，首先要從主電路拓撲上實現緊湊化，包括工頻交流到高頻交流變換電路拓撲，以減少變換環節，提高功率密度。

技術實現要素：

為此，本申請所要解決的技術問題在于現有技術中的換流裝置體積大、結構龐雜的缺陷。

為解決現有技術中所存在的上述問題，本實用新型提供一種換流裝置，至少包括一個功率單元，每個功率單元包括兩個交替工作的斬波單元，每個所述斬波單元的輸入端連接交流電源，在所述輸入端之間串聯設置有雙向斬波電路和一次側繞組，在所述一次側繞組的兩端并聯設置續流電路，所述雙向斬波電路用于交流電壓斬波控制，所述續流電路用于提供續流通路；所述換流裝置的輸出端為二次側繞組的輸出端，所述二次側繞組與所述兩個斬波單元的一次側繞組均耦合。

優選地，所述斬波單元可為多個，且所述斬波單元成對出現。

優選地，所述雙向斬波電路包括第一可控開關和第二可控開關，所述第一可控開關與所述第二可控開關反向串聯。

優選地，所述續流電路包括第三可控開關和第四可控開關，所述第三可控開關與所述第四可控開關反向串聯。

優選地，所述第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關或第四可控開關分別包括多個串聯或并聯的可控開關。

優選地，所述成對出現的斬波單元的一次側繞組為中高頻變壓器的一次側繞組，所述二次側繞組為所述中高頻變壓器的二次側繞組。

優選地，所述第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關或第四可控開關為具有或增加反向續流功能的可關斷電力電子器件。

優選地，在成對出現的所述斬波單元中，其對應的交流電源同相時，每個雙向斬波電路與一次側繞組的連接端為異名端；或在成對出現的所述斬波單元中，其對應的交流電源反相時，每個雙向斬波電路與一次側繞組的連接端為同名端。

優選地，所述成對出現的斬波單元具有兩個工況，第一工況為第一斬波單元的雙向斬波電路和第二斬波單元的續流電路同時導通；第二工況為第二斬波單元的雙向斬波電路和第一斬波單元的續流電路同時導通；所述第一工況和第二工況交替進行。

與現有技術相比，本實用新型具有如下顯著進步：

1)本實用新型提供的換流裝置，至少包括一個功率單元，每個功率單元包括兩個交替工作的斬波單元，每個斬波單元包括串聯連接的雙向斬波電路和一次側繞組以及并聯在該一次側繞組兩端的續流電路，所述換流裝置的輸出端為二次側繞組的輸出端，所述二次側繞組與所述兩個斬波單元的一次側繞組均耦合。該方案中，兩個斬波單元交替工作，能夠將直流分量相互抵消，從而在二次側輸出的電流中，不存在直流分量，可降低高頻變壓器體積，簡化高頻變壓器結構設計，開關器件數量很少，使得換流裝置的結構更加簡單，該方案中的基于交流斬控電路的緊湊化換流裝置，不僅能夠實現工頻交流到高頻交流的變換，有利于實現緊湊化，并實現高低電壓的有效電氣隔離。

2)本實用新型提供的換流裝置，所述斬波單元可為多個，且所述斬波單元成對出現，每兩個交替工作的斬波單元為一組輸入，使得該換流裝置能夠同時針對多路輸入進行處理，或將一組輸入分為多組輸入，提高了處理效率，且拓撲結構簡單、體積小、結構緊湊，成本低。

3)本實用新型提供的換流裝置，所述成對出現的斬波單元的一次側繞組為中高頻變壓器的一次側繞組，所述二次側繞組為所述中高頻變壓器的二次側繞組，使用中高頻變壓器來實現該換流裝置，實現裝置的高頻化，降低體積。

4)本實用新型提供的換流裝置，成對出現的斬波單元中，其分別對應輸入的交流電源既能夠是同相的，也能夠是反向的，通過調整連接端為一次側繞組的異名端或者同名端，能夠實現對輸入電源的選擇，從而使得輸入電源的類型更多，適用范圍更廣。

附圖說明

圖1是基于換流裝置的主電路結構圖；

圖2是換流裝置的一個具體實施例的電路圖；

圖3是兩組交流斬控電路輸入電壓波形圖；

圖4是高頻變壓器一次側兩個繞組電壓波形圖；

圖5是高頻變壓器二次側繞組電壓波形圖；

圖6是圖5中的一個波形的放大示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步的詳細說明。

為了徹底了解本實用新型實施例，將在下列的描述中提出詳細的結構。顯然，本實用新型實施例的施行并不限定于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本實用新型的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本實用新型還可以具有其他實施方式。

本實用新型提供一種換流裝置，其結構如圖1所示，包括一個功率單元，每個功率單元包括兩個交替工作的斬波單元1和斬波單元2。其中，所述斬波單元1的輸入端連接交流電源10，在所述輸入端之間串聯設置有雙向斬波電路11和一次側繞組12，在所述一次側繞組12的兩端并聯設置續流電路13，所述雙向斬波電路11用于交流電壓斬波控制，所述續流電路13用于提供續流通路。在其他可以替換的實施方式中，功率單元可以包括兩個或三個或者更多個。每個功率單元與上述功率單元的結構相同。

所述斬波單元2的輸入端連接交流電源20，在所述輸入端之間串聯設置有雙向斬波電路21和一次側繞組22，在所述一次側繞組22的兩端并聯設置續流電路23，所述雙向斬波電路21用于交流電壓斬波控制，所述續流電路23用于提供續流通路。

上述斬波單元1和斬波單元2交替工作，當斬波單元1中的雙向斬波電路11導通時，斬波單元2中的續流電路23導通；當斬波單元1中的續流電路13導通時，斬波單元2中的雙向斬波電路21導通；斬波單元1中的雙向斬波電路11和續流電路13交替導通，斬波單元2中的雙向斬波電路21和續流電路23交替導通。

作為一種具體的實現方式，在斬波單元1和斬波單元2中，雙向斬波電路11包括兩個可控開關，此處的兩個可控開關分別為IGBT1和IGBT2，第一可控開關IGBT1與第二可控開關IBGT2反向串聯。續流電路包括兩個可控開關IGBT3和IGBT4，所述可控開關IGBT3與可控開關IGBT4反向串聯作為一種具體控制方式，在斬波單元1中，其中，IGBT4與IGBT1的觸發信號互補，IGBT3與IGBT2的觸發信號互補，IGBT1與IGBT2的觸發信號交替進行。

本實施例中換流裝置的輸出端為二次側繞組3的輸出端，所述二次側繞組3與所述兩個斬波單元1、2的一次側繞組12、22均耦合。

該方案中，兩個斬波單元1、2能夠交替工作，將輸入電源中的直流分量相互抵消，從而在二次側輸出的電流中，不存在直流分量，可降低高頻變壓器體積，簡化高頻變壓器結構設計，開關器件數量很少，使得換流裝置的結構更加簡單，該方案中的基于交流斬控電路的緊湊化換流裝置，不僅能夠實現工頻交流到高頻交流的變換，有利于實現緊湊化，并實現高低電壓的有效電氣隔離。

作為其他的實施方案，此處的斬波單元可以設置多個，當設置多個的時候，斬波單元是成對出現的，每兩個成對出現的斬波單元為一組，成對出現的兩個斬波單元也是交替工作的，工作方式與上述實施例中的斬波單元1和斬波單元2相同。這就使得該換流裝置能夠同時針對多路輸入進行處理，提高了處理效率，且拓撲結構簡單、體積小、結構緊湊，成本低。

上述成對出現的斬波單元分別為第一斬波單元和第二斬波單元，均具有兩個工況，第一工況為第一斬波單元的雙向斬波電路和第二斬波單元的續流電路同時導通；第二工況為第二斬波單元的雙向斬波電路和第一斬波單元的續流電路同時導通；所述第一工況和第二工況交替進行。

作為其他可以替換的實施方案，斬波單元中的雙向斬波電路中的第一可控開關、第二可控開關以及續流電路中的第三可控開關或第四可控開關可以選擇為分別包括多個串聯或并聯的可控開關。此外，所述第一可控開關、第二可控開關、第三可控開關或第四可控開關還可以選擇為具有或增加反向續流功能的可關斷電力電子器件。只要能實現該功能的電力電子器件便可以用到此處，作為上述IGBT的替換的實施方案。

作為一種具體的實現方案，成對出現的斬波單元的一次側繞組為中高頻變壓器的一次側繞組，所述二次側繞組為所述中高頻變壓器的二次側繞組，使用高頻變壓器來實現該換流裝置，實現換流裝置的高頻隔離，降低體積。

此外，作為其他的實施方案，在成對出現的所述斬波單元中，其對應的交流電源同相時，每個雙向斬波電路與一次側繞組的連接端為異名端；或在成對出現的所述斬波單元中，其對應的交流電源反相時，每個雙向斬波電路與一次側繞組的連接端為同名端。這就使得成對出現的斬波單元中，其分別對應輸入的交流電源既能夠是同相的，也能夠是反相的，通過調整連接端為一次側繞組的異名端或者同名端，能夠實現對輸入電源的選擇，從而使得輸入電源的類型更多，適用范圍更廣。

作為一個具體的實施例，如圖2所述，該換流裝置包括一個三繞組高頻變壓器T1、兩個斬波單元。三繞組高頻變壓器T1的一次側有兩個繞組W1和W2，二次側有一個繞組W3。每個斬波單元包括雙向斬波電路和續流電路這兩條支路，雙向斬波電路為串聯連接的分別反并聯有二極管的絕緣柵雙極型晶體管IGBT1和IGBT2，雙向斬波電路與變壓器一次側繞組W1或W2以及輸入的工頻交流信號構成串聯回路，用于電壓斬波；續流電路為串聯連接的分別反并聯有二極管的絕緣柵雙極型晶體管IGBT3和IGBT4，續流電路與變壓器一次側同一個繞組構成并聯回路，用于提供電流續流通道。

所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT1的發射極與交流電源的一輸出端相連，其集電極與所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的集電極相連；所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的發射極分別連接所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT3的發射極和三繞組高頻變壓器一次側的一個繞組一端；所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT3的集電極與所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT4的集電極連接；所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT4的發射極分別連接所述三繞組高頻變壓器一次側的同一個繞組另一端和所述交流電源另一端。

絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極均與控制裝置相連，所述控制裝置輸出脈沖信號觸發所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通或關斷。

下面以第一組斬波單元為例，說明兩組斬波單元的一種典型控制方法，在輸入信號半波正弦為正時，觸發第一斬波單元的雙向斬波電路中IGBT1，此時第一斬波單元輸入信號經絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、二極管VD12、變壓器一次繞組W1構成回路，實現電壓斬波，輸出正弦半波包絡的正脈沖電壓；續流電路的絕緣柵雙極型晶體管IGBT4與雙向斬波電路的絕緣柵雙極型晶體管IGBT1的觸發信號互補，在絕緣柵雙極型晶體管IGBT1關斷時，由絕緣柵雙極型晶體管IGBT4和二極管VD13提供續流通路。同理，在輸入信號半波正弦為負時，觸發第一斬波單元的雙向斬波電路中IGBT2，此時第一斬波單元輸入信號由二極管VD11、絕緣柵雙極型晶體管IGBT2與變壓器一次繞組W1構成回路，實現電壓斬波，輸出正弦半波包絡的負脈沖電壓；續流電路的絕緣柵雙極型晶體管IGBT3與雙向斬波電路的絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的觸發信號互補，在絕緣柵雙極型晶體管IGBT2關斷時，由絕緣柵雙極型晶體管IGBT3和二極管VD14提供續流通路。

兩組斬波單元的控制方法是，輸入正弦工頻交流信號完全相同，兩組斬波單元分別對應連接變壓器一次繞組W1和W2的異名端，即第一組雙向斬波電路和第二組雙向斬波電路分別接W1和W2的異名端，控制裝置控制第一斬波單元的雙向斬波電路和第二斬波電路的續流電路同時發脈沖信號；第二斬波單元的雙向斬波電路和第一斬波電路的續流電路同時發脈沖信號。這樣，每個斬波單元輸入單相正弦工頻交流信號，兩組斬波單元的輸出分別為完整正弦波包絡的高頻脈沖電壓，且第一組斬波單元輸出為正弦半波包絡的正電壓時，第二組斬波單元輸出為正弦半波包絡的負電壓；同理，第一組斬波單元輸出為正弦半波包絡的負電壓時，第二組斬波單元輸出為正弦半波包絡的正電壓。圖3是兩組斬波單元輸入信號波形。圖4的上下兩個圖分別為第一組雙向斬波電路和第二組雙向斬波電路的輸出，即高頻變壓器一次側兩個繞組電壓。

兩組雙向斬波電路的輸出經高頻變壓器耦合到二次側，產生包絡線為兩個反向的完整正弦波的高頻脈沖電壓。如圖5所示為高頻變壓器二次側繞組電壓，圖6為圖5中的波形的放大示意圖。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型創造的保護范圍之中。