大功率模块化直流供电装置及其控制方法

摘要

本发明涉及一种大功率模块化直流供电装置及其控制方法，由双向功率单元和曲折连接的变压器组成。有三个双向功率单元，每个双向功率单元包括十二只逆导型管IGBT，形成六个桥臂，每桥臂接入了曲折连接的变压器的初级绕组Tx1、Tx2、Tx3。并接有电压和电流的传感器，双向功率单元的交流侧电压由曲折连接的15个次级绕组相位叠加，在每两相间接有滤波电容，产生三相对称的18阶梯波交流线电压，各双向功率单元的直流侧并联工作。该供电装置及其控制方法直流输出电压稳定、系统响应快、可控性好、交流侧谐波污染小，特别是实现直流侧能量能够向交流侧回馈、交直流两侧的能量能够双向传输，对于节能减排可以起到十分积极的作用。

主权项

1.一种大功率模块化直流供电装置，其特征在于：大功率模块化直流供电装置由双向功率单元和曲折连接的变压器组成，双向功率单元构成如下：所述装置中有三个双向功率单元，分别为1号、2号、3号双向功率单元；每个双向功率单元的直流侧并联，每个双向功率单元各器件具体的连接构成是：十二只反并联二极管的逆导型管Gx11、Gx2L、Gx3L、Gx4L、Gx5L、Gx6L、Gx1R、Gx2R、Gx3R、Gx4R、Gx5R、Gx6R，各器件名称中的“x”，表示该器件所属的双向功率单元的序号，为1，2，或3，下同，其中Gx1L和Gx4L、Gx2L和Gx5L、Gx3L和Gx6L、Gx1R和Gx4R、Gx2R和Gx5R、Gx3R和Gx6R串联形成六个桥臂，桥臂正、负两端分别并联到一起，桥臂的正端接用于测量直流输出电流的直流电流传感器Sx2的右端，桥臂的负端接在一起后接双向功率单元的直流负母线N，直流电流传感器Sx2的左端接双向功率单元的直流正母线P，直流电压传感器Sx1的上端接P，下端接N，直流支撑电容C_dx的正极接到直流电流传感器Sx2的右端，负极接到N上，每个双向功率单元还接入了曲折连接的变压器的其中三个初级绕组Tx1、Tx2、Tx3，其中Gx1L和Gx4L的连接点接到交流电流传感器Sx3的左端，交流电流传感器Sx3的右端接到变压器初级绕组Tx1的同名端，Tx1的非同名端接到Gx1R和Gx4R的连接点，Gx2L和Gx5L连接点接到交流电流传感器Sx4的左端，交流电流传感器Sx4的右端接到变压器初级绕组Tx2的同名端，Tx2的非同名端接到Gx2R和Gx5R的连接点，Gx3L和Gx6L的连接点接到变压器初级绕组Tx3的同名端，Tx3的非同名端接到Gx3R和Gx6R的连接点，测量两相交流电压的交流电压传感器Sx5的上端接到交流电流传感器Sx3的左端，交流电压传感器Sx5的下端接到交流电流传感器Sx4的左端，测量两相交流电压的交流电压传感器Sx6的上端接到交流电流传感器Sx4的左端，Sx6的下端接到Tx3的同名端；曲折连接的变压器组成如下：各单相变压器的初级绕组为：连接1号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T11、T12、T13，连接2号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T21、T22、T23，连接3号双向功率单元的三个单相变压器的初级绕组为T31、T32、T33，共有九个初级绕组；各单相变压器的次级绕组为：连接1号双向功率单元的三个单相变压器各有一个次级绕组T11-1、T12-1、T13-1，连接2号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T21-1、T21-2、T22-1、T22-2、T23-1、T23-2，连接3号双向功率单元的三个单相变压器各有两个次级绕组T31-1、T31-2、T32-1、T32-2、T33-1、T33-2，共十五个次级绕组；T11-1的同名端接到所述装置交流侧的A相端子上，T11-1的非同名端接到T21-1的同名端，T21-1的非同名端接到T22-2的非同名端，T22-2的同名端接到T31-1的同名端，T31-1的非同名端接到T32-2的非同名端，T32-2的同名端接三相的中点；T12-1的同名端接到所述装置交流侧的B相端子上，T12-1的非同名端接T22-1的同名端，T22-1的非同名端接T23-2的非同名端，T23-2的同名端接T32-1的同名端，T32-1的非同名端接T33-2的非同名端，T33-2的同名端接三相的中点；T13-1的同名端接到所述装置交流侧的C相端子上，T13-1的非同名端接T23-1的同名端，T23-1的非同名端接T21-2的非同名端，T21-2的同名端接T33-1的同名端，T33-1的非同名端接T31-2的非同名端，T31-2的同名端接三相的中点；各单相变压器的初级绕组和次级绕组的匝比为：T11∶T11-1、T12∶T12-1和T13∶T13-1的匝比＝1∶K₁＝1∶K*cos 30°；T21∶T21-1、T22∶T22-1和T23∶T23-1的匝比＝1∶K₂＝1∶K*cos 50；T21∶T21-2、T22∶T22-2和T23∶T23-2的匝比＝1∶K₃＝1∶K*cos 70°；T31∶T31-1、T32∶T32-1和T33∶T33-1的匝比＝1∶K₃＝1∶K*cos 70°；T31∶T31-2、T32∶T32-2和T33∶T33-2的匝比＝1∶K₂＝1∶K*cos 50°；上述表达式中的K值根据所述直流供电装置实际输出的直流侧电压和交流侧电网电压的相对关系进行确定，具体的确定方法为：其中，U_ac为交流侧电网电压的幅值，U_dc为所述装置直流侧的直流电压。