可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的高頻隔離級(jí)聯(lián)交流勵(lì)磁裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抽水蓄能發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的高頻隔離級(jí)聯(lián)交流勵(lì)磁裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]抽水蓄能電站具有啟動(dòng)快、運(yùn)行靈活的特點(diǎn)，在系統(tǒng)中可承擔(dān)填谷、調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和緊急備用等任務(wù)。傳統(tǒng)的電動(dòng)一發(fā)電機(jī)組采用直流勵(lì)磁的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，調(diào)速比較困難且運(yùn)行特性差，此外這類(lèi)機(jī)組作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)比較困難。而采用交流勵(lì)磁裝置供電的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)的電動(dòng)一發(fā)電機(jī)組，即可有效解決傳統(tǒng)抽水蓄能機(jī)組所存在的調(diào)速或水輪發(fā)電機(jī)的變速運(yùn)行等問(wèn)題。
[0003]運(yùn)行于可變速抽蓄電站的交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)額定電壓一般在幾千伏左右等級(jí)，交流勵(lì)磁裝置并網(wǎng)端一般通過(guò)降壓變壓器接入定子端，降壓變壓器副邊電壓一般也接近交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)額定電壓等級(jí)。目前，國(guó)內(nèi)外許多公司都推出各自的交流勵(lì)磁裝置，這些產(chǎn)品采用不同的整流器和逆變器而組成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制方案。比較典型的是采用IGCT和IEGT等高壓全控型開(kāi)關(guān)器件，雖然可以減小器件的用量，但是成本昂貴，且器件受制于少數(shù)外企，電壓等級(jí)的擴(kuò)展也受限。
[0004]級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)浼夹g(shù)可以用傳統(tǒng)的低壓開(kāi)關(guān)器件滿足高壓場(chǎng)合的應(yīng)用需求，目前廣泛應(yīng)用于高壓同步電機(jī)或鼠籠感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速場(chǎng)合。傳統(tǒng)級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)渲校嗖捎锰厥獾亩嗬@組工頻變壓器以實(shí)現(xiàn)母線隔離及環(huán)流擬制，但是大容量的多繞組工頻變壓器成本較高、體積龐大，是這種方案的不足。另外，傳統(tǒng)變頻調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合一般要求能量單向流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)拖動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而決定了目前的級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)湓诓⒕W(wǎng)端多采用不控整流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而給交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)供電的交流勵(lì)磁裝置，必須要求能量的雙向流動(dòng)，故需要提出新的基于高頻隔離級(jí)聯(lián)式交流勵(lì)磁裝置，以滿足可變速抽水蓄能交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁需求。
[0005]現(xiàn)有相關(guān)專(zhuān)利有專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?CN201410471319.2，申請(qǐng)日為:2014-9_16，名稱(chēng)為“發(fā)電機(jī)三相交流勵(lì)磁系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及裝置”的發(fā)明專(zhuān)利，以及專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410472111.2，申請(qǐng)日為:2006-10_26，名稱(chēng)為“三級(jí)式無(wú)刷起動(dòng)/發(fā)電機(jī)交、直流混合勵(lì)磁系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及裝置”的發(fā)明專(zhuān)利。
[0006]上述專(zhuān)利雖然從電網(wǎng)側(cè)看是一種交流勵(lì)磁裝置，但它們都是用于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子直流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)組。盡管采用了勵(lì)磁機(jī)與副勵(lì)磁機(jī)，但從發(fā)電機(jī)組側(cè)來(lái)看，其本質(zhì)上還是一種直流勵(lì)磁裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明將提供一種可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的高頻隔離級(jí)聯(lián)交流勵(lì)磁裝置，在避免使用高耐壓半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的情況下實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁變流器輸出電壓等級(jí)的提升，既滿足交流勵(lì)磁變流器雙向能量流動(dòng)的要求，又省去了體積龐大的多繞組工頻變壓器。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的高頻隔離級(jí)聯(lián)交流勵(lì)磁裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊、變壓器模塊和三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊；所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊與變壓器模塊相連，所述變壓器模塊與三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊相連。
[0009]所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊包含一組三相輸入側(cè)端子和一組三相輸出側(cè)端子；
所述變壓器模塊包括一個(gè)原邊繞組以及一個(gè)副邊繞組；
所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊分為結(jié)構(gòu)完全相同的A相，B相和C相；
所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相包含一個(gè)輸入端子，一個(gè)輸入中性點(diǎn)端子、一個(gè)輸出端子以及一個(gè)輸出中性點(diǎn)端子；所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的B相和C相均與A相結(jié)構(gòu)相同；
所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊的三相輸入側(cè)端子與三相電網(wǎng)相連，三相輸出側(cè)端子與所述變壓器模塊的原邊繞組相連；
所述變壓器模塊原邊繞組與所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊相連，變壓器模塊副邊繞組的A相端子與所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相的輸入端子相連；變壓器模塊副邊繞組的B相端子與所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的B相的輸入端子相連；變壓器模塊副邊繞組的C相端子與所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的C相的輸入端子相連。
[0010]所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相、B相和C相的輸入中性點(diǎn)端子連接到一起，形成中性點(diǎn)N2。
[0011]所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相的輸出端子連接至交流勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子A相繞組，所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的B相輸出端子連接至交流勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子B相繞組，所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的C相輸出端子連接至交流勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子C相繞組。
[0012]所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相、B相和C相的輸出中性點(diǎn)端子連接到一起，形成中性點(diǎn)N"
[0013]所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊分為A相，B相，C相，每組包含#相同的隔離雙背靠背H橋單元，其中λ為自然數(shù)；
所述三相級(jí)聯(lián)式隔尚雙背靠背H橋模塊的A相中各隔尚雙背靠背H橋單兀輸入側(cè)包含兩個(gè)輸入類(lèi)型端子，輸出側(cè)包含兩個(gè)輸出類(lèi)型端子；
所述三相級(jí)聯(lián)式隔尚雙背靠背H橋模塊的A相中各隔尚雙背靠背H橋單兀輸入側(cè)按菊花鏈方式級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)后形成一個(gè)輸入端子以及一個(gè)輸入中性點(diǎn)端子，其中輸入端子連接至所述變壓器的A相端子，輸入中性點(diǎn)端子連接至中性點(diǎn)N2;
所述三相級(jí)聯(lián)式隔尚雙背靠背H橋模塊的A相中各隔尚雙背靠背H橋單兀輸出側(cè)按菊花鏈方式級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)后形成一個(gè)輸出端子以及一個(gè)輸出中性點(diǎn)端子，其中輸出端子連接至交流勵(lì)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子A相繞組，輸出中性點(diǎn)端子連接至中性點(diǎn)N1;
所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的B相、C相連接情況與A相相同。
[0014]所述隔離雙背靠背H橋單元包括兩個(gè)輸入端子、兩個(gè)輸出端子、網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元、機(jī)側(cè)背靠背H橋單元以及隔離變壓器單元；所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元、機(jī)側(cè)背靠背H橋單元以及所述隔離變壓器單元各自包含兩個(gè)輸入類(lèi)型端子以及兩個(gè)輸出類(lèi)型端子； 所述隔離雙背靠背H橋單元的兩個(gè)輸入端子與所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元的兩個(gè)輸入類(lèi)型端子相連；所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元的兩個(gè)輸出類(lèi)型端子與隔離變壓器單元的兩個(gè)輸入類(lèi)型端子相連；所述隔離變壓器單元的兩個(gè)輸出類(lèi)型端子與所述機(jī)側(cè)背靠背H橋單元的兩個(gè)輸入類(lèi)型端子相連；所述機(jī)側(cè)背靠背H橋單元的兩個(gè)輸出類(lèi)型端子與所述隔離雙背靠背H橋單元的兩個(gè)輸出端子相連；
所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元包括整流側(cè)H橋、直流母線電容以及逆變側(cè)H橋，形成并聯(lián)背靠背結(jié)構(gòu)；
所述整流側(cè)H橋的整流側(cè)直流正端子與直流母線電容正極以及所述逆變側(cè)H橋的逆變側(cè)直流正端子相連；所述整流側(cè)H橋的整流側(cè)直流負(fù)端子與直流母線電容負(fù)極以及所述逆變側(cè)H橋的逆變側(cè)直流負(fù)端子相連；
一對(duì)整流側(cè)H橋交流端子引出形成所述背靠背H橋單元的輸入端子；一對(duì)逆變側(cè)H橋交流端子引出形成所述背靠背H橋單元的輸出端子；
所述機(jī)側(cè)背靠背H橋單元結(jié)構(gòu)與所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元結(jié)構(gòu)相同。
[0015]所述隔離變壓器單元包括高頻隔離變壓器、網(wǎng)側(cè)輔助電感以及機(jī)側(cè)輔助電感。
[0016]所述高頻隔離變壓器的原邊繞組與所述網(wǎng)側(cè)輔助電感串聯(lián)后，與所述隔離變壓器單元的輸入端子連接在一起；
所述高頻隔離變壓器的副邊繞組與所述機(jī)側(cè)輔助電感串聯(lián)后，與所述隔離變壓器單元的輸出端子連接在一起；
所述整流側(cè)H橋由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)橋臂并聯(lián)組成。
[0017]每個(gè)所述開(kāi)關(guān)橋臂包括上下串聯(lián)的兩個(gè)強(qiáng)迫換向開(kāi)關(guān)器件，其中上開(kāi)關(guān)器件的發(fā)射極與下開(kāi)關(guān)器件的集電極為串聯(lián)公共點(diǎn)，該公共點(diǎn)引出作為開(kāi)關(guān)橋臂的交流端子；上開(kāi)關(guān)器件的集電極引出作為橋臂的直流正端子，下開(kāi)關(guān)器件的發(fā)射極引出作為橋臂的直流負(fù)端子；兩個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂的直流正端子連接到一起，直流負(fù)端子也連接到一起；兩個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂的兩個(gè)交流端子均引出作為整流側(cè)H橋輸入端子。
[0018]所述逆變側(cè)H橋同樣由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)橋臂并聯(lián)組成，連接方式與整流側(cè)H橋相同，兩個(gè)開(kāi)關(guān)橋臂的兩個(gè)交流端子均引出作為逆變側(cè)H橋輸出端子。
[0019]一種可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的高頻隔離級(jí)聯(lián)交流勵(lì)磁裝置的工作原理如下: 正常工作時(shí)，交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的定自測(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)模塊處于閉合狀態(tài)。所述變壓器模塊原邊接入電網(wǎng)，副邊則為三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊提供三相工作電壓。
[0020]通過(guò)控制使所述三相級(jí)聯(lián)式隔離雙背靠背H橋模塊的A相，B相，C相在輸出端子和中性點(diǎn)N1之間產(chǎn)生三相對(duì)稱(chēng)交變勵(lì)磁電壓。若該交變勵(lì)磁電壓的基波為正相序，則其基波頻率/為正；若該交變勵(lì)磁電壓的基波為負(fù)相序，則其基波頻率值/為負(fù)。要求該交變勵(lì)磁電壓的基波頻率值/與交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電頻率的代數(shù)和等于電網(wǎng)電壓的頻率。同時(shí)要求該交變勵(lì)磁電壓具有適當(dāng)?shù)姆岛拖辔?，以保證交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)達(dá)到期望的發(fā)電功率或者電動(dòng)功率。
[0021]為在A相、B相和C相在輸出端子和中性點(diǎn)N1之間產(chǎn)生三相對(duì)稱(chēng)交變勵(lì)磁電壓，所述三相級(jí)聯(lián)式隔尚雙背靠背H橋模塊的A相、B相和C相分組中的各個(gè)隔尚雙背靠背隔咼H橋單元按如下方式工作: 通過(guò)控制所述網(wǎng)側(cè)背靠背H橋單元，使其輸出占空比一定的高頻電壓脈沖。
[0022]通過(guò)控制所述機(jī)側(cè)背靠背H橋單元，使其輸出占空比變化的脈寬調(diào)制波，且該脈寬調(diào)制波的基波電壓頻率與