一種用于可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的級聯(lián)式交流勵磁裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抽水蓄能發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種用于可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的級聯(lián)式交流勵磁裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]抽水蓄能電站具有啟動快、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)的電動一發(fā)電機(jī)組采用直流勵磁的傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，調(diào)速比較困難且運(yùn)行特性差，此外這類機(jī)組作電動狀態(tài)運(yùn)行時，起動比較困難。而采用交流勵磁裝置供電的交流勵磁發(fā)電機(jī)取代傳統(tǒng)的電動一發(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)行等問題。
[0003]運(yùn)行于可變速抽蓄電站的交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)額定電壓一般在幾千伏左右等級，交流勵磁裝置并網(wǎng)端一般通過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磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)額定電壓等級。目前，國內(nèi)外許多公司都推出各自的交流勵磁裝置，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，電壓等級的擴(kuò)展也受限。
[0004]級聯(lián)H橋拓?fù)浼夹g(shù)可以用傳統(tǒng)的低壓開關(guān)器件滿足高壓場合的應(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)試場合。這種應(yīng)用場合一般要求能量單向流動，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)拖動，不能實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而決定了目前的級聯(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)。而給交流勵磁發(fā)電機(jī)供電的交流勵磁裝置，必須要求能量的雙向流動，故需要提出新的級聯(lián)H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，以滿足交流勵磁發(fā)電機(jī)的勵磁需求。
[0005]現(xiàn)有相關(guān)專利有專利申請?zhí)枮?CN201410471319.2，申請日為:2014-9_16，名稱為“發(fā)電機(jī)三相交流勵磁系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及裝置”的發(fā)明專利，以及專利申請?zhí)枮镃N201410472111.2，申請日為:2006-10_26，名稱為“三級式無刷起動/發(fā)電機(jī)交、直流混合勵磁系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及裝置”的發(fā)明專利。
[0006]上述專利雖然從電網(wǎng)側(cè)看是一種交流勵磁裝置，但它們都是用于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子直流勵磁同步發(fā)電機(jī)組。盡管采用了勵磁機(jī)與副勵磁機(jī)，但從發(fā)電機(jī)組側(cè)來看，其本質(zhì)上還是一種直流勵磁裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明將提供一種在避免使用高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)器件的情況下實(shí)現(xiàn)交流勵磁變流器輸出電壓等級的提升、同時還滿足勵磁變流器雙向能量流動的要求的用于可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的新型級聯(lián)式交流勵磁裝置。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
一種用于可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的級聯(lián)式交流勵磁裝置，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊、多繞組變壓器模塊和三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊；所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊與多繞組變壓器模塊相連，所述多繞組變壓器模塊與三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊相連。
[0009]所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊包括一組三相輸入側(cè)端子和一組三相輸出側(cè)端子；
所述多繞組變壓器模塊包括一個原邊繞組以及#屬于A相的副邊繞組、個屬于B
相的副邊繞組和個屬于C相的副邊繞組，其中/7為自然數(shù)，所有副邊繞組均為單相繞組，彼此電氣隔離，且額定電壓相同；
所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊包括結(jié)構(gòu)相同的A相，B相和C相；
所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相、B相和C相均包括對輸入端子、一個輸出端子和一個中性點(diǎn)端子，其中/7為自然數(shù)；
所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊的三相輸入側(cè)端子與三相電網(wǎng)相連，所述三相輸出側(cè)端子與所述多繞組變壓器模塊的原邊繞組相連；
所述多繞組變壓器模塊的原邊繞組與所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊相連，所述多繞組變壓器模塊的個A相的副邊繞組與所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相上的/7對輸入端子對應(yīng)相連；所述多繞組變壓器模塊的副邊的個B相的副邊繞組與所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的B相上的λ對輸入端子對應(yīng)相連；所述多繞組變壓器模塊的副邊的個C相的副邊繞組與所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的C相上的/7對輸入端子對應(yīng)相連，其中η為自然數(shù)；
所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相的輸出端子連接至交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的A相繞組，所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的B相輸出端子連接至交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的B相繞組，所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的C相輸出端子連接至交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的C相繞組，所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相、B相和C相的中性點(diǎn)端子均連接至中性點(diǎn)N。
[0010]所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相、B相和C相中的各組均包括個相同的背靠背H橋單元，其中/7為自然數(shù)；
所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相中各背靠背H橋單元的整流側(cè)H橋輸入端子與所述多繞組變壓器模塊副邊的A相各副邊繞組對應(yīng)相連；
所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相中各背靠背H橋單元逆變側(cè)按菊花鏈方式級聯(lián)，級聯(lián)后形成一個輸出端子以及一個中性點(diǎn)端子，其中輸出端子連接至交流勵磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子A相繞組，中性點(diǎn)端子連接至中性點(diǎn)N。
[0011 ] 所述背靠背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)；
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逆變側(cè)H橋的逆變側(cè)直流正端子相連；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。
[0012]一對整流側(cè)H橋的整流側(cè)交流端子引出形成所述背靠背H橋單元的輸入端子；一對逆變側(cè)H橋的逆變側(cè)交流端子引出形成所述背靠背H橋單元的輸出端子。
[0013]所述整流側(cè)H橋包括兩個相互并聯(lián)、且相同結(jié)構(gòu)的開關(guān)橋臂。
[0014]每個所述開關(guān)橋臂包括上下串聯(lián)的兩個強(qiáng)迫換向開關(guān)器件，分別為上開關(guān)器件和下開關(guān)器件，其中上開關(guān)器件的發(fā)射極與下開關(guān)器件的集電極為串聯(lián)公共點(diǎn)，所述公共點(diǎn)引出作為開關(guān)橋臂的交流端子；
上開關(guān)器件的集電極引出作為開關(guān)橋臂的直流正端子，下開關(guān)器件的發(fā)射極引出作為開關(guān)橋臂的直流負(fù)端子，兩個開關(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；
兩個開關(guān)橋臂的兩個交流端子均引出作為整流側(cè)H橋輸入端子。
[0015]所述逆變側(cè)H橋結(jié)構(gòu)與連接方式與所述整流側(cè)H橋相同，逆變側(cè)H橋的兩個開關(guān)橋臂的兩個交流端子均引出作為逆變側(cè)H橋輸出端子。
[0016]所述用于可變速抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的級聯(lián)式交流勵磁裝置按照以下方式工作: 正常工作時，交流勵磁發(fā)電機(jī)的定子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，所述轉(zhuǎn)子側(cè)并網(wǎng)開關(guān)模塊處于閉合狀態(tài)，所述多繞組變壓器模塊原邊接入電網(wǎng)，副邊各個繞組則為各個背靠背H橋模塊的整流側(cè)提供彼此電氣隔離的獨(dú)立單相電壓；
通過控制使所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A相，B相，C相在輸出端子和中性點(diǎn)N之間產(chǎn)生三相對稱交變勵磁電壓，若該交變勵磁電壓的基波為正相序，則其基波頻率/為正；若該交變勵磁電壓的基波為負(fù)相序，則其基波頻率值/為負(fù)，要求該交變勵磁電壓的基波頻率值/與交流勵磁發(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。同時要求該交變勵磁電壓具有適當(dāng)?shù)姆?，以保證交流勵磁發(fā)電機(jī)達(dá)到期望的發(fā)電功率或者電動功率。
[0017]為在A相，B相，C相在輸出端子和中性點(diǎn)N之間產(chǎn)生三相對稱交變勵磁電壓，所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊的A，B，C相分組中的各個背靠背H橋模塊按如下方式工作:
通過控制各個背靠背H橋模塊中整流側(cè)強(qiáng)迫換向開關(guān)器件的導(dǎo)通情況，使得背靠背H橋模塊的直流母線電壓穩(wěn)定在一個統(tǒng)一的額定值上，并要求該額定值略高于背靠背H橋模塊整流側(cè)在不控整流狀態(tài)下的直流母線電壓值；
通過控制各個背靠背H橋模塊中逆流側(cè)強(qiáng)迫換向開關(guān)器件的導(dǎo)通情況，使得同一相分組中的個背靠背H橋模塊的逆變側(cè)輸出端之間產(chǎn)生/7個基波相位相同的脈寬調(diào)制波，其基波頻率與所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊產(chǎn)生的總勵磁電壓基波頻率Zffi等，而其基波幅值則為所述三相級聯(lián)式背靠背H橋模塊產(chǎn)生的總勵磁電壓基波幅值的I//?。
[0018]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
1、具有變頻運(yùn)行能力，能夠滿足抽水蓄能發(fā)電機(jī)組運(yùn)行變速運(yùn)行的勵磁要求；
2、具有雙向能量流動能力，能夠同時滿足抽水蓄能發(fā)電機(jī)組在發(fā)電工況和電動工況運(yùn)行的勵磁要求。
[0019]3、具有級聯(lián)特性，在避免使用特殊高耐壓半導(dǎo)體開關(guān)器件的情況下實(shí)現(xiàn)交流勵磁變流器尚電壓等級的接入；
4、具有模塊化特性，擴(kuò)展后能后適用于多種電壓等級的交流勵磁發(fā)電機(jī)。
【附圖說