本實用新型涉及一種電力電子變壓器，尤其涉及其各個低壓支路上的變壓單元的布置。

背景技術(shù)：

變壓器是電傳輸和分配中的重要設(shè)備。傳統(tǒng)的電力變壓器通常非常龐大，且沒有自冗余度。當(dāng)檢測到任何故障時，必須先將變壓器斷電并關(guān)閉，然后再進(jìn)行維護(hù)。隨著城市的日益擴(kuò)大，非線性負(fù)載和諧波負(fù)載的增多，負(fù)載需求也日益增長并且更加多元化。因此，對于電力變壓器，需要其具有快速響應(yīng)、高控制力和響應(yīng)電力的能力。

電力電子變壓器(PET,Power electronic transformer)也叫固態(tài)變壓器，是一種在提供電磁隔離的情況下傳輸電力的智能解決方案。

電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)決定了在一個設(shè)備中通常會設(shè)有多個變壓單元，這些相鄰設(shè)置的變壓單元之間由于漏磁會出現(xiàn)相互干涉，因此會對變壓器的特性造成影響。

在現(xiàn)有的技術(shù)中，為了減少這種干涉可將各個變壓單元之間的距離加大，然而這樣會增加整個電力電子變壓器的尺寸。另一方面，可以有通過增設(shè)金屬殼體作為電磁屏蔽的解決方案。但這種方案通常適用于單個設(shè)置的變壓器。對于電力電子變壓器而言，由于設(shè)有多個變壓單元，為每個變壓單元設(shè)置金屬殼體不僅占用較大的空間，而且成本也會大幅提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述一個或多個問題，本實用新型旨在提供一種電力電子變壓器，其包括至少N個低壓支路，其中每個低壓支路上分別設(shè)有一個變壓單元，每個變壓單元彼此相鄰設(shè)置，N為大于3的自然數(shù)，其特征在于，所述變壓單元中的任意一個第M變壓單元的兩側(cè)的第M-1變壓單元和第M+1變壓單元的磁通量方向相反，其中，M為大于1小于N的整數(shù)。

電力電子變壓器中各變壓單元中的電流的大小和方向可以進(jìn)行控制，由此可以使得一個變壓單元兩側(cè)的變壓單位產(chǎn)生的磁通量反向，使得這兩個變壓單元的漏磁磁通在中間的變壓單元處能夠至少部分抵消，從而使得漏磁磁通的干涉較小。

根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，所述第M-1變壓單元和第M+1變壓單元在第M變壓單元處所產(chǎn)生的磁通量相互抵消。通過這種調(diào)節(jié)，可以使得漏磁磁通的干涉最小化。

更為有利的是，每個變壓單元的設(shè)計相同，由此可以直接調(diào)節(jié)使得所述第M-1變壓單元和第M+1變壓單元中的電流方向相反。此時，僅通過簡單地調(diào)節(jié)即可以使得漏磁磁通的干涉最小化。

更為有利的是，所述每個變壓單元之間彼此等距布置，這也是為了進(jìn)一步簡化地對各個變壓單元中的電流進(jìn)行控制。

根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，N個變壓單元呈環(huán)形布置，使得所述第N變壓單元與第一變壓單元彼此相鄰，其中，N為4的整數(shù)倍。通過這種布置方式，可以使得N個變壓單元中的每一個變壓單元處的漏磁磁通的干涉最小化，因為環(huán)形布置可以使得原來線性布置方式中在頭尾處的變壓單元也被夾在兩個其他的變壓單元之間，并通過磁通的相互抵消減少漏磁磁通的干涉。

根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，所述每個變壓單元之間彼此等夾角布置。

根據(jù)一種優(yōu)選的實施方式，所述每個變壓單元都布置在一個環(huán)形的絕緣支架上。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中，

圖1以示意圖示出了一種電力電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)；

圖2以示意圖示出了一種電力電子變壓器的低壓支路的基本結(jié)構(gòu)；

圖3以示意圖示出了一種電力電子變壓器的兩個變壓單元；

圖4以示意圖示出了依據(jù)本實用新型的一種實施方式的電力電子變壓器的三個變壓單元的布置；

圖5以示意圖示出了依據(jù)本實用新型的一種實施方式的電力電子變壓器的八個變壓單元的布置。

附圖標(biāo)記說明：

100 電力電子變壓器

110 高壓級

130 隔離級

150 低壓級

101、102 低壓支路

T1-Tn 變壓單元

1014；1024 初級繞組

1016；1026 次級繞組

1013；1023 鐵芯

具體實施方式

為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

圖1示出了一種電力電子變壓器100的基本結(jié)構(gòu)，其為輸入電壓信號在高頻變壓器的原方(即高壓級110)進(jìn)行AC-DC-AC變換的一種實施方式，雖然沒有示出，當(dāng)然也可以為進(jìn)行AC-AC變換的形式。所得的高頻信號經(jīng)高頻變壓器或者說隔離級130耦合到副方(即低壓級150)之后，再進(jìn)行AC-DC-AC變換或者AC-AC變換得到工頻電能。

與傳統(tǒng)變壓器通過在初級和次級側(cè)之間的大量繞組來實現(xiàn)電壓變換不同的是，電力電子變壓器對電壓的變換通常是通過使用多個低壓支路實現(xiàn)的。圖2示意性地示出其中一個實施例，低壓支路101、102是基于分裂電容(split DC-link capacitors)的。雖然沒有示出，但是在其他的實施例中，電壓的變換也可以是在直流側(cè)通過級聯(lián)型整流器(cascaded multilevel converter)實現(xiàn)。無論是哪種形式，電力電子變壓器為了實現(xiàn)與傳統(tǒng)變壓器同級別的電壓輸出，通常會有多個低壓支路進(jìn)行輸出。而電磁隔離就是通過在這些低壓支路中分設(shè)多個中頻或者高頻的變壓單元實現(xiàn)的。但是在一個設(shè)備中設(shè)置多個變壓單元存在一個挑戰(zhàn)，即：由于漏磁，在這些變壓單元之間會出現(xiàn)相互干涉。

圖3以示意圖示出了圖2中所示的電力電子變壓器中的低壓支路中隔離級所用的典型的鐵芯變壓單元T1和T2。其中由于要將多個低壓支路布置在一個設(shè)備中，會出現(xiàn)如圖3所示的，兩個變壓單元T1與T2并排布置的情況。在理想的情況下，感應(yīng)磁場應(yīng)該被包含在鐵芯內(nèi)部，從而使得轉(zhuǎn)換率最大化。但是，在實際中，總有磁通泄露在鐵芯外的空間中。對于單個布置的變壓單元而言，漏磁僅會導(dǎo)致效率降低，而不會對設(shè)備的性能造成顯著的影響。但是，當(dāng)兩個變壓單元相互靠近布置時，他們相互之間的干涉則無法忽視。

如圖3所示的相臨布置的兩個變壓單元T1和T2，變壓單元T2的初級側(cè)繞組1024上的初級電流I_1P產(chǎn)生了一個漏磁磁通f_1leak。該漏磁磁通f_1leak穿過變壓單元T1的次級側(cè)繞組1016(或者在別的布置方式中穿過初級繞組1014)，由此在該次級繞組1016中產(chǎn)生一個不希望出現(xiàn)的感應(yīng)電流I’_2s，其對電力電子變壓器的正常運行造成影響。尤其是當(dāng)各個變壓單元是在高頻工況下，這種兩個相鄰的變壓單元之間的干涉可能會造成較為嚴(yán)重的問題。

為了在緊湊的空間中盡可能的避免上述問題的出現(xiàn)，本實用新型首先提出了一種變壓單元的布置方案的實施方式。如圖4所示，示例性地以俯視圖示出了一種依據(jù)本實用新型的電力電子變壓器的多個低壓支路中的三個低壓支路上的變壓單元T1、T2、T3。這些低壓支路均相鄰布置，從而使得它們各個變壓單元也相鄰進(jìn)行布置。在圖4所示出的依據(jù)本實用新型的一種實施方式中，第二變壓單元T2在初級側(cè)電流I_2P和次級側(cè)電流I_2S方向分別如圖中所示，其漏磁的磁通量會對其相鄰的第一變壓單元T1造成影響。為了抵消這種影響，相應(yīng)的，可以通過調(diào)節(jié)使得與第一變壓單元T1相鄰的，與第二變壓單元T2處在不同側(cè)的第三變壓單元T3的初級側(cè)電流I_3P與次級側(cè)電流I_3S使得該第三變壓單元T3的漏磁在第一變壓單元T1處的磁通與第二變壓單元T2在第一變壓單元T1處的漏磁磁通相互抵消，或者至少最小化。特別是，當(dāng)時這個電力電子變壓器中的各個低壓支路里的變壓單元具有相同的設(shè)計，即具有相同設(shè)計的鐵芯、繞組(扎數(shù)與繞向等)時，僅需使第三變壓單元T3中的初級側(cè)電流I_3P與第二變壓單元T2的初級側(cè)電流I_2P反向；以及相應(yīng)地，第三變壓單元T3中的次級側(cè)電流I_3S與第二變壓單元T2的次級側(cè)電流I_2S反向即可實現(xiàn)。

以此類推，在設(shè)有N(N為大于2的自然數(shù))個相鄰布置的變壓單元時，通過對各個變壓單元中初級側(cè)電流和次級側(cè)電流進(jìn)行調(diào)整使得任意一對如圖4所示的實施方式中相互間隔著一個中間變壓單元(即第一變壓單元)的變壓單元對的漏磁磁通在該中間變壓單元處的影響能夠相互抵消或最小化。對于電力電子變壓器而言，由于在每個低壓支路中DC/AC/DC轉(zhuǎn)換都是相互獨立的，因此對每個變壓單元的電流控制都可以獨立進(jìn)行。由此可以較為容易的實現(xiàn)本實用新型的方案。

結(jié)合圖4可知，在設(shè)有N個相鄰布置的變壓單元時，為了也能抵消掉例如第一變壓單元在第三變壓單元T3上的干涉，那么在第三變壓單元T3右側(cè)的一個變壓單元(未示出)需提供與第一變壓單元T1相反的磁通。換句話說，應(yīng)確保每一個變壓單元都需布置在產(chǎn)生兩個相反的磁通的變壓單元之間。但，即便如此，在這種線性布置方式中，位于頭尾的兩個變壓單元處的漏磁磁通的干涉卻無法被抵消。

為了解決這個問題，提出了一種依據(jù)本實用新型的一種如圖5所示的實施方式。圖5示例性地示出了設(shè)有8個變壓單元的情況，該八個變壓單元T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8呈環(huán)形布置。圖中還示意性地以“·”、“x”示出了各個變壓單元的初級和次級線圈所產(chǎn)生的磁通的方向。由于采用了環(huán)形布置，使得例如在圖4中所示的相鄰布置的變壓單元的頭尾的兩個變壓單元在兩側(cè)都具有相鄰的變壓單元。由此，通過對各個變壓單元中電流的調(diào)節(jié)，可以使得每個變壓單元受到其兩側(cè)的變壓單元的漏磁磁通的影響最小化。通常，為了實現(xiàn)在環(huán)形布置中的每個變壓單元都受益于這種布置，變壓單元的數(shù)量應(yīng)為四的倍數(shù)。在實踐中，電力電子變壓器的低壓支路的數(shù)量也通常為四的倍數(shù)。因此，雖然沒有示出，也可以布置12、16、20等為4的倍數(shù)的變壓單元。以圖5中的變壓單元T6為例，其本身的線圈的電流使得其產(chǎn)生的磁通的方向為朝紙面內(nèi)的方向。該變壓單元T6在圖中所示的右側(cè)的變壓單元T5的磁通方向為垂直于紙面向外；而在圖中所示的左側(cè)的變壓單元T7的磁通方向為垂直于紙面向內(nèi)。通過控制可以使得變壓單元T5和變壓單元T7的磁通方向相反，在變壓單元T6處的漏磁磁通可以相會抵消，使得漏磁磁通對變壓單元的影響最小化。

在最為理想的情況下，每個變壓單元都具有相同的設(shè)計，其在環(huán)形的絕緣支架上彼此等距布置，以使電力電子變壓器的性能最優(yōu)化。環(huán)形布置的變壓單元還能夠有效地節(jié)省安裝空間。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，并非用以限定本實用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本實用新型保護(hù)的范圍。