一种级联并联混合变换器装置.pdf

本发明公开了一种级联-并联混合变换器装置，由三相电源提供能源，通过切分变压器将电源分为三相，二次绕组的每一相电压被切分为若干个独立的低电压，这些独立电压分别经过单相-单相变换器，通过级联形成单相交流输出电压。而每相级联输出分别并联后经过LC滤波电路连接于负载，形成三相-单相变换器。所述功率单元模块为单相-单相PWM变换器，变换器可以是两电平结构，也可以是多电平结构。本发明的拓扑结构能使低压器件应用于高压场合，实现逆变器以较高的电压等级输出，还可增减级联、并联单元以满足不同的设计要求。输出端可接负载而被视为一个三相单相变换器；本发明亦可应用于电气化铁路如同相供电系统中，输出端可为牵引网供电，提供能源的三相电源A、B、C三相可共同分担负载或牵引网所需功率，且能量可双向流动。

1.  一种级联-并联混合变换器装置，其特征在于，由三相电源提供能源，通过变压器将电源分为三相，二次绕组的每一相电压被切分为若干个独立的低电压，这些独立电压分别经过单相-单相变换器，通过级联形成单相交流输出电压；而每相级联输出分别并联后经过LC滤波电路连接于负载，形成三相-单相变换器，其具体连接方式为：
a、切分变压器一次侧绕组连接三相电源，二次侧绕组的每一相电压被切分为n个独立的低电压，以第一相电压为例，每一个独立的低电压均与相对应的功率单元模块连接，功率单元模块11至1n输出端依次级联，即功率单元模块11的输出负端口11N与功率单元模块12的输出正端口12P连接，功率单元模块12的输出负端口12N与功率单元模块13的输出正端口13P连接，以此类推；同理，第二、三相电压与功率单元模块连接方式与第一相相同。每一相功率模块级联后的输出端口分别为11P与1nN、21P与2nN、31与3n；
b、输出端11P、21P、31P端共同连接于P点，经滤波LC滤波电路后与负载或牵引网正端连接，输出端1nN、2nN、3nN端共同连接于N点，与负载或牵引网负端连接，实现三个单相交流输出电压的并联；
所述功率单元模块为单相-单相PWM变换器。

2.  根据权利要求1所述的级联-并联混合变换器，其特征在于，其特征在于，所述变换器可以是两电平结构，也可以是多电平结构。

一种级联-并联混合变换器装置
技术领域
本发明涉及一种级联-并联混合变换器装置，尤其涉及一种用于电气化铁路的级联-并联混合变换器装置。
背景技术
变换器通过电力电子技术进行电能变换，它利用晶闸管电路，将各类交流或直流电源输入转变为所需要的输出电压和频率稳定的交流输出。如今在电力系统、蓄电池的后备供电系统等领域的迅速发展也促使大容量变换器快速发展，大功率变换器的用途也日益广泛。对于电气化铁路设计而言也是如此，需要在逆变器侧输出足够大功率的电源以供机车顺利运行。应用于电气化铁路的变换器，其输出电能要求十分严格，如何能同时提高变换器容量并改善其输出电能的质量，是现代逆变技术的一个重要发展方向。因此对大功率变换器的电路拓扑结构进行研究，从而提高电力电子变换器容量并改善其输出电能质量，是十分具有研究意义的。
变换器级联具有串联的特性，可以由较小功率的模块提供输入，实现高压大功率输出，实现使低压器件应用于高压场合，变换器以较高的电压等级输出的功能。变换器的并联运行，不仅可实现功率合成，提高输出电流的等级，满足变换器系统大电流等级输出的要求，增加电源的容量，而且可以提高供电的可靠性。
在电气化铁路设计当中，供电系统输出电压只能到27.5kv，若需要继续增大变换器输出容量，光是继续增加级联单元便没意义了，这时可以考虑加入并联，提高输出电流，从而进一步增加变换器容量。
发明内容
本发明的目的就是提供一种级联-并联混合变换器拓扑结构，该拓扑结构具有控制方式灵活，输出电压的相位与幅值均可根据设备需要进行调节和控制，可根据工程实际需求进行变换器单元的拓展，而且输出电压谐波含量低，变换器工作效率较高，适和用于高压大功率输出等优点。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：
一种级联-并联混合变换器装置，由三相电源提供能源，通过变压器将电源分为三相，二次绕组的每一相电压被切分为若干个独立的低电压，这些独立电压分别经过单相-单相变换器，通过级联形成单相交流输出电压；而每相级联输出分别并联后经过LC滤波电路连接于负载，形成三相-单相变换器，其具体连接方式为：
a、切分变压器一次侧绕组连接三相电源，二次侧绕组的每一相电压被切分为n个独立的低电压，以第一相电压为例，每一个独立的低电压均与相对应的功率单元模块连接，功率单元模块11至1n输出端依次级联，即功率单元模块11的输出负端口11N与功率单元模块12的输出正端口12P连接，功率单元模块12的输出负端口12N与功率单元模块13的输出正端口13P连接，以此类推；同理，第二、三相电压与功率单元模块连接方式与第一相相同。每一相功率模块级联后的输出端口分别为11P与1nN、21P与2nN、31与3n；
b、输出端11P、21P、31P端共同连接于P点，经滤波LC滤波电路后与负载或牵引网正端连接，输出端1nN、2nN、3nN端共同连接于N点，与负载或牵引网负端连接，实现三个单相交流输出电压的并联；
所述功率单元模块为单相-单相PWM变换器。
本发明级联-并联混合变换器，能使低压器件应用于高压场合，实现变换器以较高的电压等级输出，而变换器并联又能提高输出电流的等级，满足变换器系统大电流输出的要求。输出端可接负载，则本装置可视为一个三相-单相变换器；本装置亦可应用于电气化铁路如同相供电系统中，输出端可为牵引网供电，提供能源的三相电源A、B、C三相可共同分担负载或牵引网所需功率，且能量可双向流动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可视作一个三相-单相变换器，为不同的负载提供能源；对于电气化铁路而言，由于输出额定电压为27.5kv，无法通过继续提高输出电压等级满足负载更高的容量需求，故本发明在逆变侧级联的基础上对其拓扑结构加以改进，加入了并联结构，将变换器级联提升电压等级的优点与并联提升电流等级的优点相结合，实现大功率输出，满足不同设计需求。
附图说明
图1是本发明实施例的的电路原理图；
图2是基于两电平H桥结构的单相-单相PWM变换器；
图3是基于三电平二极管箝位结构的单相-单相PWM变换器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的级联-并联混合变换器主电路图，由三相电源提供能源，通过切分变压器将电源分为三相，切分变压器一次侧绕组连接三相电源，二次侧绕组的每一相电压被切分为n个独立的低电压，如图1中U_N1、U_N2、U_N3所示，以第1相电压为例，每一个独立的低电压均与相对应的功率单元模块连接，功率单元模块11至1n输出端依次级联，即功率单元11的输出负端口11N与功率单元12的输出正端口12P连接，功率单元12的输出负端口12N与功率单元13的输出正端口13P连接，以此类推。同理，第2、3相电压与功率单元模块连接方式与第1相相同。每一相功率模块级联后的输出端口分别为11P与1nN、21P与2nN、31与3n。输出端11P、21P、31P端共同连接于P点，经滤波LC滤波电路后与负载或牵引网正端连接，输出端1nN、2nN、3nN端共同连接于N点，与负载或牵引网负端连接，实现三个单相交流输出电压的并联。所述功率单元模块为单相-单相PWM变换器，变换器可以是两电平结构，如图2所示，也可以是多电平结构，如图3中三电平二极管箝位结构。
本发明提出的级联-并联混合变换器，变换器级联能使低压器件应用于高压场合，实现变换器以较高的电压等级输出，而变换器并联又能提高输出电流的等级，满足变换器系统大电流输出的要求。输出端可接负载，则本装置可视为一个三相-单相变换器；本装置亦可应用于电气化铁路如同相供电系统中，输出端可为牵引网供电，提供能源的三相电源A、B、C三相可共同分担负载或牵引网所需功率，且能量可双向流动。