一種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，包括H橋變流器、斬波器和超導磁體，所述H橋變流器由四個IGBT管橋式組成，所述斬波器通過電容器與所述H橋變流器連接，所述超導磁體兩端分別與所述斬波器的兩個工GBT管和兩個二極管串聯構成功率單元變換器且多個串聯為多級級聯變換器。本發明專利技術通過多級H橋級聯變流器的拓撲結構及配合倍頻載波相移SPWM調制可得到2N+1電平的輸出電壓波形，有效的降低了諧波含量，省略了現有技術龐大的變壓器，克服了現有技術存在的環流問題，且有效的解決了大容量變換過程中開關管的耐壓，耐流問題，實現大容量變換。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及ー種超導儲能變換器，具體涉及ー種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器。
技術介紹
我國當前電網運營面臨著最高用電負荷持續增加、間歇式能源接入占比擴大、調峰手段有限等諸多挑戰，優質、自愈、安全、清潔、經濟、互動是我國智能電網的設定目標。儲能在節約能源提高能效、推動低碳能源發展、確保區域能源安全、再生能源規模化利用、建設使用分布式能源、智能電網建設與使用等方面有著非常重要的作用，能夠在發電、輸電、配電、用電四大環節得到廣泛而充分的利用。而實現儲能規模化應用要解決如下幾個技術問題足夠大的儲能容量、足夠快的功率響應速度、足夠大的交換功率、足夠高的儲能效率、足夠短的充放電周期等。超導儲能裝置是利用超導材料制成的線圈，由電網經變換器供電勵磁，在線圈中產生磁場而儲存能量，在需要時可將此能量經逆變器進回電網或作其他用途。如儲能線圈一直維持在超導態，則線圈中所儲存的能量可以幾乎是無損耗地永久儲存下去，直到需要釋放它為止。因此，與其他儲能系統相比，超導磁儲能裝置具有很高的轉換效率和較快的反應速度。文獻“超導磁儲能系統(SMES)及其在電カ系統中的應用”中公開了大容量超導儲能(其典型功率在IMW以上，運行時間為幾十分鐘 幾小吋)電壓源型拓撲結構三電平結構、串聯多重化、并聯多重化、以及多重化斬波器等。這些結構或者控制復雜，或者需要龐大的變壓器，或者存在環流等問題，實際中很少應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供ー種結構簡單的帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，解決現有技術控制復雜，且存在環流的問題。本專利技術的目的是這樣實現的，一種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，包括H橋變流器、斬波器和超導磁體，所述H橋變流器由四個IGBT管橋式組成，所述斬波器通過電容器與所述H橋變流器連接，所述超導磁體兩端分別與所述斬波器的兩個IGBT管和兩個ニ極管串聯構成功率単元變換器且多個串聯為多級級聯變換器。所述電容器兩端并聯保護電阻。上述功率単元變換器為三個，所述三個功率単元變換器串聯為三級級聯變換器。所述三級級聯變換器為三相且以Y型連接構成三級三相級聯變換器。上述多級級聯變換器為三相且以Y型連接構成三相多級級聯變換器。本專利技術具有如下有益效果，本專利技術采用多級H橋級聯變流器的拓撲結構，每ー相采用N個H橋功率単元變換器串聯結構，通過多級H橋級聯變流器的拓撲結構及配合倍頻載波相移SPWM調制可得到2N+1電平的輸出電壓波形，有效的降低了諧波含量，省略了現有、技術龐大的變壓器，克服了現有技術存在的環流問題，且有效的解決了大容量變換過程中開關管的耐壓，耐流問題，實現大容量變換。附圖說明圖I為本專利技術實施例I電路拓撲圖；圖2為本專利技術實施例I脈沖波形圖；圖3為本專利技術實施例I輸出端電壓波形圖；圖4為本專利技術實施例2電路拓撲圖；圖5為本專利技術實施例3電路拓撲圖；圖6為本專利技術實施例功率単元變換器電路拓撲圖；圖7為本專利技術實施例斬波器電路圖；圖8為本專利技術實施例斬波器線圈充電狀態電路圖；圖9為本專利技術實施例斬波器續流狀態電路圖；圖10為本專利技術實施例斬波器線圈放電電路圖。圖中，I. H橋變流器，2.斬波器，3.功率單元變換器，Lsc.超導磁體，Tall. IGBT管i,Tal2. IGBT 管 ii，Tal3. IGBT 管 iii，Tal4. IGBT 管 iv，Tal7. IGBT 管 v，Tal8. IGBT 管 vi，Ta21. IGBT 管 vii，Ta22. IGBTviii,Ta31. IGBT 管 ix，Ta32. IGBT 管 x，Dal7. ニ極管 i，Dal8.ニ極管ii，Cal.電容器，R.保護電阻，K.開關。具體實施例方式實施例1，一種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，為ー相三級級聯變換器，參見圖I、圖6，包括H橋變流器I、斬波器2和超導磁體Lsc，H橋變流器I由IGBT管iTall、IGBT管iiTal2、IGBT管iiiTal3和IGBT管ivTal4橋式組成，斬波器2通過電容器Cal與H橋變流器I連接，超導磁體Lsc兩端分別與斬波器2的IGBT管vTal7、IGBT管viTal8和ニ極管i Dal7、ニ極管iiDal8串聯構成功率單元變換器3，控制超導磁體Lsc的充放電及續流。三個功率単元變換器3串聯，得到一相三級級聯變換器。為了防止電容器Cal兩端出現瞬時過電壓現象，在電容器Cal兩端并聯保護電阻R，當出現瞬時過電壓時接通開關K，可有效防止瞬時過電壓現象。本實施例工作過程，參見圖7、圖8、圖9和圖10，首先超導電感Lsc充電時，IGBT管viTal8常通，IGBT管vTal7斬波控制，通過控制IGBT管vTal7導通的占空比控制超導電感Lsc的充電速率，如圖8所示。同理，也可以通過控制IGBT管vTal7常通，IGBT管viTal8斬波控制，實現超導電感的充電控制。此時變流器工作在整流狀態，通過穩壓電容Cal，給超導電感Lsc充電；當斬波器工作在續流模式吋，IGBT管vTal7和IGBT管viTal8中只有一個管子導通。如圖9所示，IGBT管viTal8導通時，由ニ極管iiDal8續流。同理當IGBT管vTal7導通時，由ニ極管iDal7續流；當超導電感Lsc放電時，IGBT管viTal8(或關斷，由IGBT管vTal7斬波控制，通過控制IGBT管vTal7的占空比控制超導電感Lsc的放電速率， 如圖10所示。同理，也可以通過控制IGBT管vTal7常斷，IGBT管viTal8斬波控制，實現超導電感的放電控制。此時變換器工作在逆變狀態，保持穩壓電容Cal兩端的電壓穩定。參見圖2，ー級功率單元變換器3中的IGBT管iTall脈沖波形為載波Vcrl與正弦調制波比較產生，當正弦調制波大于載波Vcrl，輸出信號使IGBT管iTall通；IGBT管iiTal2的脈沖波形為Vcrl-(將Vcrl移相180° )與正弦調制波比較，同一橋臂的兩管脈沖相反。當IGBT管iTall通，IGBT管iiTal2斷，H橋變流器I輸出Vai為+E。同理，ニ級功率單元變換器3中IGBT管viiTa21脈沖波形為Vcr2與正弦調制波比較產生，其中Vcr2是將Vcrl向后移相60° ;IGBT管viii Ta22脈沖波形為Vcr2_與正弦調制波比較產生，Vcr2-是將Vcrl-向后移相60。，當IGBT管viiTa21通，IGBT管viiiTa22斷，H橋變流器I輸出Va2為+E。同理，三級功率単元變換器3中IGBT管ixTa31脈沖波形為Vcr3與正弦調制波比較產生，Vcr3是將Vcr2向后移相60° ;IGBT管x Ta32脈沖波形為Vcr3_與正弦調制波比較產生，Vcr3-是將Vcr2-向后移相60°，當IGBT管ix Ta31通，IGBT管x Ta32斷，H橋變流器I輸出Va3為+E。經級聯后，兩輸出端AC+與AC-之間電壓波形如Van (Van =Vai+Va2+VA3)所示，參見圖3。實施例2，一種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，為三相三級級聯變換器，參見圖4，包括A相、B相和C相，每ー相包括三個相互串聯的功率単元變換器3，功率單元變換器3包括H橋變流器I、斬波器2和超導磁體Lsc，H橋變流器I由IGBT管iTall， IGBT管本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，包括H橋變流器(I)、斬波器(2)和超導磁體(Lsc)，其特征在于所述H橋變流器(I)由四個IGBT管橋式組成，所述斬波器(2)通過電容器(Cal)與所述H橋變流器(I)連接，所述超導磁體(Lsc)兩端分別與所述斬波器(2)的兩個IGBT管和兩個ニ極管串聯構成功率単元變換器(3)且多個串聯為多級級聯變換器。2.如權利要求I所述的帶有H橋變流器的大容量超導儲能變換器，其特征在于所述電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張輝，劉金虹，李金祁，李潔，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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