一种大功率三电平变流器软上电装置及变流器的制作方法

1.本实用新型属于电力电子变换技术领域，具体涉及一种大功率三电平变流器软上电装置及变流器。


背景技术：

2.电压源型高压大功率变流器(ac-dc-ac)的直流环节中均存在大容量的电解电容或薄膜电容作为支撑母线电压的关键器件，为防止带载过程中母线电压波动较大的情况，因此直流环节的电容容值也较大。当变流器处于高压上电过程中，直流支撑电容为阻碍当前电压的变化，因此在上电瞬间会产生近似与短路情况的脉冲电流。该脉冲电流对整流单元的电力电子器件(二极管或者igbt的续流二极管)均可造成较大冲击，轻者影响其使用寿命，严重的会造成整流器件的永久失效，因此在变流器中加入软上电电路或装置是非常必要的。
3.当前大功率变流器软上电装置通常采用高压软上电方案，即在高压隔离开关qf1、qf2的下口加入软上电限流电阻r1～r6和旁通接触器km1、km2。当变流器上电时，先通过限流电阻向直流支撑电容充电，当直流母线电压到达设定的阈值后再用旁通接触器将限流电阻短路，进而升至额定母线电压，如图1所示。
4.由于高压软上电方案是将软上电装置，串联到整个设备的供电回路中的，一旦出现器件失效的情况，会干扰设备的正常运行。另外该方案的器件均需采用高压器件，高压器件的失效率特别是机械式高压接触器的失效率大于低压器件，因此其更换成本也比较高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的串联软上电装置失效导致变流器失效、采用高压器件易损等技术问题，本实用新型提供了一种大功率三电平变流器软上电装置及变流器，该软上电装置并联在直流母线上，机械式接触器采用低压器件，提高设备的可靠性，并在一定程度降低易损件的更换成本。
6.本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案如下：
7.本实用新型提供了一种大功率三电平变流器软上电装置，所述软上电装置并联至三电平变流器的直流母线上，所述软上电装置从输入端到输出端依次包括软上电接触器、三相变压器、单相整流桥、限流电阻；所述软上电接触器位于低压电源输入、三相变压器之间；所述三相变压器的两相输出作为单相整流桥的交流输入，另一相接至直流母线中点；所述单相整流桥输出的直流分别通过一个限流电阻接入三电平变流器的直流母线正、负端。
8.本实用新型又提供了一种大功率三电平变流器软上电装置，所述软上电装置并联至三电平变流器的直流母线上，所述软上电装置从输入端到输出端依次包括软上电接触器、限流电阻、三相变压器、单相整流桥；所述软上电接触器、限流电阻位于低压电源输入与三相变压器之间；所述三相变压器的两相输出作为单相整流桥的交流输入，另一相接至直流母线中点；所述单相整流桥输出的直流分别接入三电平变流器的直流母线正、负端。
9.进一步地，在三电平变流器的直流母线上并联多套所述软上电装置。
10.进一步地，所述软上电接触器为低压机械式接触器。
11.本实用新型还提供了一种变流器，采用前述的大功率三电平变流器软上电装置。
12.进一步地，所述变流器的直流母线上并联多套所述软上电装置。
13.本实用新型与现有技术相比的有益效果：
14.本实用新型将软上电装置并联到直流母线上，并且将控制其开关的机械式接触器由高压器件改为低压器件。本实用新型软上电装置采用h桥整流，可以节省桥臂。本实用新型软上电装置采用三极对三电平变流器直流支撑电容进行充电，充电更稳定、效率高。该软上电装置，一方面可以在变流器作为系统关键设备时，将软上电装置做冗余配置(一工一备)，保证变流器软上电工作的连续性；另一方面，用低压机械开关替代高压机械开关，也可以提高设备的可靠性，并在一定程度降低易损件的更换成本。
附图说明
15.所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为现有技术中一种变流器高压软上电装置的电路结构示意图；
17.图2为本实用新型具体实施例提供的一种大功率三电平变流器软上电装置结构示意图。
具体实施方式
18.下面对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本实用新型。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本实用新型。
19.在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
20.本实用新型提供的一种大功率三电平变流器软上电装置，该软上电装置并联至三电平变流器的直流母线上，从输入端到输出端依次包括软上电接触器km1、三相变压器t1、单相整流桥d1、限流电阻r1,r2；软上电接触器km1一端接低压电源输入、另一端连接三相变压器t1；三相变压器t1的两相输出作为单相整流桥d1的交流输入，另一相接至直流母线中点；单相整流桥d1输出的直流分别通过限流电阻r1、r2接入三电平变流器的直流母线正、负端。
21.本实用新型还提供的一种大功率三电平变流器软上电装置，该软上电装置并联至三电平变流器的直流母线上，从输入端到输出端依次包括软上电接触器km1、限流电阻、三相变压器t1、单相整流桥d1；软上电接触器km1、限流电阻接于低压电源输入与三相变压器t1之间；三相变压器t1的两相输出作为单相整流桥d1的交流输入，另一相接至直流母线中点；单相整流桥d1输出的直流分别接入三电平变流器的直流母线正、负端。
22.三相变压器t1任意两相接入h桥整流器，其余一相接入中点即可。
23.进一步地，在三电平变流器的直流母线上并联多套软上电装置。
24.本实用新型采用并联模式，解耦于主功率设备，实现一工一备冗余设计，提高系统安全性；实现用低压机械开关替代高压机械开关，提高系统可靠性，降低易损件更换成本；采用了低压h整流桥可以节省桥臂；将三相变压器的一相与直流母线中点连接，可以对三电平变流器直流支撑电容进行三极充电，充电更稳定、效率高。
25.如图2所示，在高压上电之前，先进行低压软上电。首先将软上电接触器km1合闸，这样就将低压380v电源接入该软上电装置，通过升压变压器t1将输入的低压电升至所需电压，电压计算公式如下：
26.变压器输出电压＝上段母线电压/1.414
27.三相变压器t1的两相作为单相整流桥d1的交流输入，另一相接至直流母线中点，经单相整流桥d1输出的直流分别通过限流电阻r1,r2接入三电平变流器的正负直流母线。
28.如图1所示的软上电装置，串联在变流器设备中的一旦失效变流器便无法正常工作，并且此方案中采用的器件均为高压器件，特别是高压接触器属于易损件。
29.本实用新型将软上电装置并联至三电平变流器的直流母线上，做冗余配置，即将多套软上电装置并联在母线上，即便其中一套失效，也可以用冗余的装置投运，这样做极大的改善了全系统的可靠性。另外，软上电装置的易损件为机械式接触器，高压真空接触器通常的寿命为3～10万次左右，而低压接触器的寿命为100万次以上。因此从使用寿命角度，本实用新型的软上电装置可靠性更高，维修及更换成本更低。
30.如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
31.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
32.这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
33.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
34.本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。