專利名稱：鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的兩級降壓式控制電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的控制電源，屬于電氣自動化設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器(又稱為鏈?zhǔn)絊VG或鏈?zhǔn)絊TATC0M)是采用鏈?zhǔn)阶兞髌鳂?gòu)成的靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。鏈?zhǔn)阶兞髌饔啥鄠€功率單元組成，每個單元的直流側(cè)相互獨(dú)立，每個單元的交流側(cè)經(jīng)串聯(lián)構(gòu)成高壓多電平輸出，具有接入高壓電網(wǎng)時(shí)無需濾波環(huán)節(jié)和高壓變壓器的優(yōu)點(diǎn)。由于鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器常用于輸出較高交流電壓的應(yīng)用場合，使得其中的功率單元的控制電源供電困難。如果從鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器外部的電網(wǎng)側(cè)供電，其隔離變壓器需要解決高耐壓和低局放問題，使得控制電源的制作難度和制作成本增加。因此，需要尋找一種高可靠、低成本且滿足功率單元冗余工作要求的控制電源供電方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足而提供鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器的功率單元控制電源裝置，解決常用的功率單元控制電源裝置所固有的隔離變壓器高絕緣耐壓實(shí)現(xiàn)困難及造價(jià)高等缺點(diǎn)。本發(fā)明提出的鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的兩級降壓式控制電源，包括作為前級的第一降壓式高頻逆變電路、第二降壓式高頻逆變電路、第三降壓式高頻逆變電路和作為后級的直流穩(wěn)壓電源；設(shè)無功發(fā)生器的每相變流電路從上到下由N個功率單元串聯(lián)組成，最上端功率單元為功率單元1，最下端功率單元為功率單元N，則對于功率單元2到功率單元N-I中的任一個功率單元X，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰的上邊功率單元X-I的直流電容器上，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰的下邊功率單元 X+1的直流電容器上；對于功率單元1，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰下邊功率單元 2的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰下邊功率單元3的直流電容器上；對于功率單元N，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰上邊功率單元N-I 的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰上邊功率單元N-2的直流電容器上；所述的后級直流穩(wěn)壓電源具有三個單相高頻交流輸入端和一個直流輸出端，所述的第一降壓式高頻逆變電路、第二降壓式高頻逆變電路和第三降壓式高頻逆變電路的交流輸出端分別接到所述的后級直流穩(wěn)壓電源的三個單相高頻交流輸入端。在上述控制電源中，所述的前級降壓式高頻逆變電路包括一個固定占空比的高頻 DC/AC逆變電路和一個高頻降壓變壓器。前級降壓式高頻逆變電路的輸入端接到所對應(yīng)的功率單元的直流電容器上，前級降壓式高頻逆變電路的輸出端接到所述的后級直流穩(wěn)壓電源輸入端。在上述控制電源中，所述的后級直流穩(wěn)壓電源包括三個單相高頻整流橋和一個 DC/DC變換器。所述的后級直流穩(wěn)壓電源的三個單相高頻交流輸入端分別接到所述的三個降壓式高頻逆變電路的輸出端，所述的三個單相高頻整流橋的直流輸出端分別并聯(lián)接到一起后，接到所述的DC/DC穩(wěn)壓變換器的直流輸入端，所述的DC/DC穩(wěn)壓變換器的直流輸出端接到所述的直流穩(wěn)壓電源的直流輸出端，作為本功率單元的控制電源。本發(fā)明提出的鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的兩級降壓式控制電源，采用本功率單元及相鄰的兩個功率單元的直流電容器電壓作為前級降壓式高頻逆變電路的輸入電源，前級降壓式高頻逆變電路采用固定占空比開環(huán)控制的高頻DC/AC變換電路，經(jīng)過高頻降壓式隔離變壓器得到三路電壓等級適中的高頻交流輸出，經(jīng)后級直流穩(wěn)壓電源變換后為本功率單元提供控制電源。高頻隔離變壓器承受絕緣電壓低、體積小、重量輕，使控制電源裝置中的隔離電路成本降低，且前后級功率電路的參數(shù)可分別得以優(yōu)化選取設(shè)計(jì)。另外，采用三套前級降壓式高頻逆變電路并聯(lián)供電的方式，可以滿足每相兩個功率單元冗余工作的要求， 使控制電源可靠性大幅度提高。


圖1是鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元1的控制電源的電路圖。圖2是鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元2至功率單元N-I的控制電源的電路圖。圖3是鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元N的控制電源的電路圖。圖4是本發(fā)明中前級降壓式高頻逆變電路的電路原理圖。圖5是本發(fā)明中后級直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。如圖1所示，表示了一相鏈?zhǔn)阶兞髌髦凶钌线叺墓β蕟卧?的控制電源的構(gòu)成框圖。圖1中，功率器件SpS2Ay、和電容C構(gòu)成各功率單元電路(S1AyS3A4包括各自的反并聯(lián)二極管，以下同)，虛線框內(nèi)為本發(fā)明中功率單元1的控制電源裝置的構(gòu)成框圖。圖 1中，第二前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的下邊功率單元2的直流電容器取得直流電源， 第一前級降壓式高頻逆變電路從本功率單元的直流電容器取得直流電源，第三前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的下邊功率單元3的直流電容器取得直流電源。各功率單元的直流電容器電壓送給各自對應(yīng)的前級降壓式高頻逆變電路后，輸出的三路高頻交流電都送到后級直流穩(wěn)壓電源，作為后級直流穩(wěn)壓電源的三路高頻交流輸入，直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓 να+/να_作為功率單元1的控制電源。如圖2所示，表示了一相鏈?zhǔn)阶兞髌髦泄β蕟卧?到功率單元N-I中任一功率單元的控制電源的構(gòu)成框圖。圖2中，功率器件Sp S2, S3、、和電容C構(gòu)成各功率單元電路 (S。S2, S3,、包括各自的反并聯(lián)二極管，以下同)，虛線框內(nèi)為本發(fā)明中功率單元2的控制電源裝置的構(gòu)成框圖。圖2中，第二前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的上邊功率單元X-I 的直流電容器取得直流電源，第一前級降壓式高頻逆變電路從本功率單元的直流電容器取得直流電源，第三前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的下邊功率單元X+1的直流電容器取得直流電源。各功率單元的直流電容器電壓送給各自對應(yīng)的前級降壓式高頻逆變電路后，輸出的三路高頻交流電都送到后級直流穩(wěn)壓電源，作為后級直流穩(wěn)壓電源的三路高頻交流輸入，直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓m作為功率單元χ的控制電源。如圖3所示，表示了一相鏈?zhǔn)阶兞髌髦凶钕逻叺墓β蕟卧狽的控制電源的構(gòu)成框圖。圖3中，功率器件SpS2A3A4和電容C構(gòu)成各功率單元電路(S1AyS3A4包括各自的反并聯(lián)二極管，以下同)，虛線框內(nèi)為本發(fā)明中功率單元N的控制電源裝置的構(gòu)成框圖。圖 3中，第二前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的上邊功率單元N-I的直流電容器取得直流電源，第一前級降壓式高頻逆變電路從本功率單元的直流電容器取得直流電源，第三前級降壓式高頻逆變電路從相鄰的上邊功率單元N-2的直流電容器取得直流電源。各功率單元的直流電容器電壓送給各自對應(yīng)的前級降壓式高頻逆變電路后，輸出的三路高頻交流電都送到后級直流穩(wěn)壓電源，作為后級直流穩(wěn)壓電源的三路高頻交流輸入，直流穩(wěn)壓電源輸出直流電壓V。N+/V。N_作為功率單元N的控制電源。如圖4所示，為本發(fā)明控制電源中的前級降壓式高頻逆變電路的原理圖。直流電容器上的直流電壓輸入給固定占空比開環(huán)控制的高頻DC/AC變換器，再經(jīng)過高頻降壓式變壓器，得到與直流電容器電壓成比例的低壓高頻交流電。如圖5所示，為本發(fā)明控制電源中的后級直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖。三路高頻交流輸入分別經(jīng)過三個單相高頻整流橋(由快恢復(fù)二極管或肖特基二極管SBD1-SBD12構(gòu)成)整流后，直流正負(fù)端分別并聯(lián)連接到一起，送到閉環(huán)穩(wěn)壓控制的DC/DC變換器轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓直流，作為穩(wěn)壓直流電源的輸出，為本功率單元提供控制電源。本發(fā)明中要求鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器采用自勵啟動方式啟動，即變流器通過串加限流電阻直接并入電網(wǎng)，當(dāng)各功率單元直流電容充電到一定電壓時(shí)，對應(yīng)的三個前級降壓式高頻逆變電路工作，輸出大小隨直流電容器電壓成比例變化、幅值合適的高頻交流電源，給后級直流穩(wěn)壓電源提供三路高頻交流輸入電源，從而為本功率單元提供直流控制電源。如果本功率單元發(fā)生故障導(dǎo)致其被旁路，本功率單元的后級直流穩(wěn)壓電源仍可以從相鄰的功率單元通過其對應(yīng)的前級降壓式高頻逆變電路取得高頻交流電壓。完全采用本發(fā)明的功率單元控制電源裝置時(shí)，每相鏈?zhǔn)阶兞髌骺蓪?shí)現(xiàn)2個冗余功率單元的冗余工作方式(即每相任意兩個功率單元故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動旁路，鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器可繼續(xù)運(yùn)行)。 本發(fā)明可應(yīng)用于多種采用鏈?zhǔn)阶兞髌鞯碾娏﹄娮友b置。 以上實(shí)施例只是本發(fā)明的一個具體的實(shí)施電路原理圖，并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。任何基于本發(fā)明所作的等效變換電路，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的兩級降壓式控制電源，包括作為前級的第一降壓式高頻逆變電路、第二降壓式高頻逆變電路、第三降壓式高頻逆變電路和作為后級的直流穩(wěn)壓電源；設(shè)無功發(fā)生器的每相變流電路從上到下由N個功率單元串聯(lián)組成，最上端功率單元為功率單元1，最下端功率單元為功率單元N，則對于功率單元2到功率單元N-I中的任一個功率單元X，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰的上邊功率單元 X-I的直流電容器上，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰的下邊功率單元X+1的直流電容器上；對于功率單元1，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰下邊功率單元2的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰下邊功率單元3的直流電容器上；對于功率單元N，所述的第一降壓式高頻逆變電路的輸入端接到本功率單元的直流電容器上，所述的第二降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰上邊功率單元N-I的直流電容器上，所述的第三降壓式高頻逆變電路的輸入端接到相鄰上邊功率單元N-2的直流電容器上；所述的后級直流穩(wěn)壓電源具有三個單相高頻交流輸入端和一個直流輸出端，所述的第一降壓式高頻逆變電路、第二降壓式高頻逆變電路和第三降壓式高頻逆變電路的交流輸出端分別接到所述的后級直流穩(wěn)壓電源的三個單相高頻交流輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的前級降壓式高頻逆變電路包括一個固定占空比的高頻DC/AC 逆變電路和一個高頻降壓變壓器。前級降壓式高頻逆變電路的輸入端接到所對應(yīng)的功率單元的直流電容器上，前級降壓式高頻逆變電路的輸出端接到所述的后級直流穩(wěn)壓電源輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的后級直流穩(wěn)壓電源包括三個單相高頻整流橋和一個DC/DC變換器。所述的后級直流穩(wěn)壓電源的三個單相高頻交流輸入端分別接到所述的三個降壓式高頻逆變電路的輸出端，所述的三個單相高頻整流橋的直流輸出端分別并聯(lián)接到一起后，接到所述的DC/DC穩(wěn)壓變換器的直流輸入端，所述的DC/DC穩(wěn)壓變換器的直流輸出端接到所述的直流穩(wěn)壓電源的直流輸出端，作為本功率單元的控制電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鏈?zhǔn)綗o功發(fā)生器中功率單元的控制電源，屬于電氣自動化設(shè)備領(lǐng)域。包括作為前級的第一、第二、第三降壓式高頻逆變電路和作為后級的直流穩(wěn)壓電源；對于任一個功率單元X，第一、第二、第三降壓式高頻逆變電路輸入端分別接到本功率單元X、相鄰的上邊功率單元X-1、相鄰的下邊功率單元X+1的直流電容器上。降壓式高頻逆變電路包括一個固定占空比的高頻DC/AC電路和一個高頻降壓變壓器。后級直流穩(wěn)壓電源包括三個單相高頻整流橋和一個DC/DC電路。采用本發(fā)明的控制電源，使得隔離變壓器體積小、重量輕、成本降低，前后級功率電路參數(shù)得以優(yōu)化選取設(shè)計(jì)，且可以滿足功率模塊冗余工作的要求，使控制電源可靠性大幅度提高。
文檔編號H02M1/08GK102364849SQ201110259230
公開日2012年2月29日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者周波, 秦海鴻, 薛恒懷 申請人:南京航空航天大學(xué), 江蘇南自通華電氣集團(tuán)有限公司, 江蘇威凡智能電氣科技有限公司