專利名稱：單功率單元冗余的高壓變頻器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓變頻器，特別是一種能夠確保在任意一個(gè)功率 單元因故障而旁路退出運(yùn)行的情況下，仍具有額定電壓輸出能力，即具
有"N+1單元冗余"功能的高壓變頻器。同時(shí)，還涉及到這種高壓變頻器
的控制方法。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器作為電力電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物， 在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域如冶金、石化、自來水、電力等行業(yè)得到廣泛的 應(yīng)用，并發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是，高壓大功率變頻器的應(yīng)用 日漸廣泛。而由功率單元(又稱功率模塊，如圖2所示)串聯(lián)構(gòu)成的高 壓大功率變頻器(如圖1所示)作為適合中國國情、性能優(yōu)異的變頻器， 受到眾多變頻器生產(chǎn)廠商、科研院所、工程技術(shù)人員、用戶的青睞。
這種高壓變頻器結(jié)構(gòu)已經(jīng)在中國發(fā)明專利ZL97100477.3中公開。 該高壓變頻器在電網(wǎng)側(cè)有一個(gè)整流變壓器，此整流變壓器有多個(gè)副邊繞 組，為了抑制對電網(wǎng)的諧波，這些副邊繞組常常采用曲折繞法，達(dá)到移 相的效果，分別給各個(gè)串聯(lián)的功率單元供電。每個(gè)功率單元為3相輸入、 單相輸出的電壓源型變頻器。
在電路原理上，此整流變壓器起到了隔離的作用，使各功率單元相 互之間在輸入側(cè)隔離，這樣，由于功率單元的逆變橋在輸出側(cè)相互串聯(lián)， 功率單元的整體電位(電勢)就會逐級提高。
在每個(gè)功率單元中，設(shè)有旁路電路，能夠在功率單元需要退出運(yùn)行
時(shí)在其輸出側(cè)的2個(gè)接點(diǎn)間建立低阻電流通路，使得該功率單元退出運(yùn)
行后，整機(jī)仍能工作。
功率單元的輸出側(cè)沒有旁路機(jī)構(gòu)的，可以通過控制該功率單元輸出
零矢量實(shí)現(xiàn)單元旁路。所謂"零矢量"是指功率單元通過控制其內(nèi)部的電 力電子開關(guān)的狀態(tài)，使其兩個(gè)輸出端之間輸出零電壓，即為低阻抗短路 狀態(tài)。
當(dāng)有功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，變頻器的電壓輸出能力必 然有所降低，無法輸出其額定輸出電壓，必然會影響負(fù)載的正常運(yùn)行。因此，為了避免這種因個(gè)別功率單元故障影響負(fù)載的正常運(yùn)行的情況發(fā) 生，有必要對高壓變頻器進(jìn)行故障冗余設(shè)計(jì)。這種為了確保高壓變頻器 在任意一個(gè)功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行的情況下，仍具有額定電壓
輸出能力的冗余結(jié)構(gòu)稱為N+l單元冗余結(jié)構(gòu)。
目前，為實(shí)現(xiàn)上述N+1單元冗余功能通常的做法是在已有變頻器的 基礎(chǔ)上增加一級共三個(gè)功率單元。即由原先的m級共3m個(gè)功率單元增 加到m+l級共3m+3個(gè)功率單元，整流變壓器相應(yīng)增加三組副邊繞組。 這種做法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)N+l單元冗余功能，但需要增加三個(gè)功率單元及 三組副邊繞組，可見其所需增加的成本也較高。
本發(fā)明即是針對現(xiàn)有技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)N+l單元冗余功能所需成本過 高的問題，對高壓變頻器中的N+1單元冗余結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其 實(shí)現(xiàn)成本降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中為實(shí)現(xiàn)N+1單元冗余功能所 需成本過高的問題，提供一種實(shí)現(xiàn)成本更為低廉的具有N+1單元冗余結(jié) 構(gòu)的高壓變頻器及其控制方法。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于由多副邊繞組變壓器、 3m+l個(gè)功率單元構(gòu)成和三個(gè)開關(guān)組構(gòu)成；所述3m+l個(gè)功率單元中包 括有一個(gè)備用功率單元；剩下3m個(gè)功率單元均分為三組，每組分別由 m個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成變頻器的一個(gè)相線，分別為第一、第二、第三相
線；所述三個(gè)開關(guān)組分別為第一、第二、第三開關(guān)組；
所述功率單元為一個(gè)三相輸入、單相輸出的變頻器；各個(gè)功率單元
的輸入端分別與所述多副邊繞組變壓器中的一個(gè)副邊繞組相連；所述功
率單元的輸出端分為正極和負(fù)極；
所述第一開關(guān)組與第一相線的一端相連，第二開關(guān)組與第二相線的
一端相連，第三開關(guān)組與第三相線的一端相連；每個(gè)所述開關(guān)組同時(shí)與 所述備用功率單元的兩個(gè)輸出端相連，所述第一、第二、第三相線分別 通過所述第一、第二、第三開關(guān)組的控制選擇與所述備用功率單元輸出 端的正極或負(fù)極相連通；所述第一、第二、第三相線未與開關(guān)組相連的
一端構(gòu)成變頻器的三相輸出端。
在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，所述備用功率單元處于旁
6路狀態(tài)或輸出零矢量，或者所述三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與備用功率單元輸出 端的同一極相連通。
所述三個(gè)開關(guān)組，每個(gè)開關(guān)組分別由兩個(gè)切換開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)開關(guān) 組中的兩個(gè)切換開關(guān)的一端分別與所述備用功率單元輸出端的正極和負(fù) 極相連，另一端相互連接在一起并與連接至該開關(guān)組的相線的端相連。
所述三個(gè)開關(guān)組各為一個(gè)單刀雙擲開關(guān)；該單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn) 與連接至該開關(guān)組的相線的端相連，兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別與所述備用功率單 元輸出端的正極和負(fù)極相連。
所述多副邊繞組變壓器為單個(gè)多副邊繞組變壓器或是由多個(gè)變壓器
在原邊側(cè)相互串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成的等效多副邊繞組變壓器。
所述開關(guān)組為機(jī)械式開關(guān)或者電力電子器件。 一種單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法，
(1) 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與 該備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通，或者備用功率單元處于旁路狀態(tài)
或輸出零矢量，并且三個(gè)開關(guān)組各與備用功率單元的某一接點(diǎn)或同時(shí) 與兩個(gè)接點(diǎn)相連通；
(2) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓變 頻器檢查該故障功率單元所處位置；
(3) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用 功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元所在相 線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功率單元的 輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓基波幅值和頻率相同， 相位相同或相差180度。
所述步驟(3)中備用功率單元輸出電壓的相位是相同或相差180 度，依據(jù)下述方法控制-
(A) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極連
接，則相位相差180度；
(B) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極連
接，則相位相同。
一種單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法，
(21)在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與該 備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通，或者備用功率單元處于旁路狀態(tài)或輸出零矢量，并且三個(gè)開關(guān)組各與備用功率單元的某一接點(diǎn)或同時(shí)與 兩個(gè)接點(diǎn)相連通；
(22) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓 變頻器檢查該故障功率單元所處位置；
(23) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與 備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元
所在相線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功 率單元的輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓值相同或相反。
所述步驟(23)中備用功率單元輸出電壓值相同或相反，依據(jù)下 述方法控制
(2A)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極 連接，則輸出相反電壓值；
(2B)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極 連接，則輸出相同電壓值。
本發(fā)明的有益效果是該高壓變頻器僅需要3m+l個(gè)功率單元來 實(shí)現(xiàn)N+l單元冗余功能，相比現(xiàn)有技術(shù)需要3m+3個(gè)功率單元節(jié)省了 兩個(gè)功率單元，降低了實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)，該該備用功率單元在變頻器正 常工作時(shí)處于旁路狀態(tài)可以不投入工作，只有在有在運(yùn)行功率單元發(fā)生 故障時(shí)才投入運(yùn)行，因此降低了系統(tǒng)損耗，提高了系統(tǒng)效率。
圖1為現(xiàn)有高壓變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖2為典型功率單元結(jié)構(gòu)示意圖3為單功率單元冗余的高壓變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖4為單功率單元冗余的高壓變頻器的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖5為單功率單元冗余的高壓變頻器的第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
如前所述，現(xiàn)有的高壓變頻器的結(jié)構(gòu)通常如圖1所示，由多副邊繞 組變壓器和三個(gè)功率單元串聯(lián)組構(gòu)成。其中，每個(gè)功率單元為3相輸入、 單相輸出的電壓源型變頻器。每個(gè)功率單元的輸入端分別與所述多副邊 繞組變壓器中的一個(gè)副邊繞組相連。在同一串聯(lián)組的功率單元相互串聯(lián)，以提高輸出電壓。而三個(gè)功率單元串聯(lián)組則共同構(gòu)成該高壓變頻器的三 相輸出端，連接至負(fù)載，三個(gè)串聯(lián)組分別作為高壓變頻器三相輸出端的 一個(gè)相線。因此為了達(dá)到三相輸出平衡，該高壓變頻器的最精簡的實(shí)現(xiàn) 形式就是三個(gè)串聯(lián)組所串聯(lián)的功率單元的個(gè)數(shù)相等。即高壓變頻器中包
括有3m個(gè)功率單元，每個(gè)相線中分別串聯(lián)有m個(gè)功率單元，其中m為 正整數(shù)。這一結(jié)構(gòu)也是現(xiàn)有高壓變頻器的典型結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的發(fā)明目的即是在上述最精簡的高壓變頻器基礎(chǔ)上增加冗余 結(jié)構(gòu)，使其在能夠?qū)崿F(xiàn)N+l單元冗余功能的同時(shí)，又盡量降低實(shí)現(xiàn)成本。 因此，這里所設(shè)計(jì)的冗余結(jié)構(gòu)應(yīng)該是能使高壓變頻器中任一相線中出現(xiàn) 功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行的情況時(shí)，可以根據(jù)控制補(bǔ)償該故障相 線，使得三相線可以恢復(fù)為均等數(shù)量的在運(yùn)行功率單元或是等效為均等 數(shù)量的在運(yùn)行功率單元。
本發(fā)明即是基于這一設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)該冗余結(jié)構(gòu)。圖3為本發(fā)明所設(shè) 計(jì)高壓變頻器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該單功率單元冗余的高壓變 頻器由多副邊繞組變壓器、3m+l個(gè)功率單元構(gòu)成(m為正整數(shù))和三 個(gè)開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3構(gòu)成。其中，3m+l個(gè)功率單元中包括有一 個(gè)備用功率單元。剩下3m個(gè)功率單元均分為三組，每組分別由m個(gè)功 率單元串聯(lián)構(gòu)成變頻器的一個(gè)相線，分別為第一、第二、第三相線。
圖2為功率單元的典型結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，每個(gè)功率單元為一個(gè) 三相輸入、單相輸出的變頻器。其輸入端分別與所述多副邊繞組變壓器 中的一個(gè)副邊繞組相連。每個(gè)功率單元的輸出端有兩個(gè)接點(diǎn)，分別正向 輸出端和負(fù)向輸出端。不失一般性，在圖2中分別用U、 V標(biāo)記功率單 元的正向輸出端和負(fù)向輸出端。在功率單元輸出端設(shè)有旁路機(jī)構(gòu)能夠在 該功率單元需要退出運(yùn)行時(shí)，在其輸出端的兩個(gè)接點(diǎn)U和V之間建立低 阻電流通路，使該功率單元被旁路掉退出運(yùn)行。功率單元的輸出側(cè)沒有 旁路機(jī)構(gòu)的，可以通過控制該功率單元輸出零矢量實(shí)現(xiàn)單元旁路。因此， 本發(fā)明所述"處于旁路狀態(tài)"可以是旁路電路導(dǎo)通，也可以是功率單元 輸出零矢量。
所述第一開關(guān)組KG1與第一相線的一端相連，第二開關(guān)組KG2與 第二相線的一端相連，第三開關(guān)組KG3與第三相線的一端相連。所述第 一、第二、第三相線分別通過開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3的控制選擇與所 述備用功率單元輸出端的兩個(gè)接點(diǎn)相連通，設(shè)這兩個(gè)接點(diǎn)分別為第一接點(diǎn)和第二接點(diǎn)。所述第一、第二、第三相線未與開關(guān)組相連的一端構(gòu)成 變頻器的三相輸出端，連接至負(fù)載。
應(yīng)當(dāng)指出，上述第一、第二、第三相線為高壓變頻器中三個(gè)對稱的 相線。此處將其標(biāo)注為第一、第二、第三的表述只是為了下面敘述方便， 并不失其一般性。
在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所述備用功率單元與開關(guān)
組KG1、 KG2、 KG3的狀態(tài)可以有兩種選擇。第一種，備用功率單元 處于旁路狀態(tài)或輸出零矢量，則開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3將每一相線 與之相連的端與備用功率單元的至少一端相連。第二種，開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3同時(shí)將每一相線與之相連的端與備用功率單元的第一接點(diǎn)
相連通，或是將其同時(shí)與備用功率單元的第二接點(diǎn)相連通，則備用功 率單元可以處于任意狀態(tài)。
這樣該高壓變頻器在所有功率均無故障時(shí)時(shí)，以該三個(gè)開關(guān)組的 連通點(diǎn)為中性點(diǎn)，各個(gè)相線中各有m個(gè)功率單元在投入運(yùn)行，即處于 上述高壓變頻器最精簡的運(yùn)行模式下，因此可以滿足了變頻器的額定 輸出需要。
另外應(yīng)當(dāng)指出，上述多副邊繞組變壓器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，并不應(yīng)理解 為局限于單個(gè)多副邊繞組變壓器的形式。它同樣也可以用由原邊相互串
聯(lián)或相互并聯(lián)的能夠等效為一個(gè)多副邊繞組變壓器的多個(gè)變壓器來實(shí) 現(xiàn)。因此，此處所提多副邊繞組變壓器，其具體的實(shí)現(xiàn)形式并不應(yīng)作為 本發(fā)明保護(hù)范圍的限定性因素。
圖4、圖5分別給出所述開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3兩種具體的實(shí)施方式。
如圖4所示，每個(gè)開關(guān)組分別由兩個(gè)切換開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)開關(guān)組中 的兩個(gè)切換開關(guān)分別與所述備用功率單元輸出端的第一接點(diǎn)和第二接點(diǎn) 相連。具體地說，第一開關(guān)組由切換開關(guān)Kl和K2構(gòu)成，第二開關(guān)組由 切換開關(guān)K3和K4構(gòu)成，第三開關(guān)組由切換開關(guān)K5和K6構(gòu)成。所述 切換開關(guān)K1、 K3、 K5與備用功率單元的第一接點(diǎn)相連，所述切換開關(guān) K2、 K4、 K6與備用功率單元的第二接點(diǎn)相連。
如圖5所示，開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3分別選用一個(gè)單刀雙擲開關(guān) K7、 K8、 K9來實(shí)現(xiàn)，通過單刀雙擲開關(guān)的切換選擇連接備用功率單元 的第一接點(diǎn)或第二接點(diǎn)。這里，所述切換開關(guān)及單刀雙擲開關(guān)可以為接觸器、斷路器等機(jī)械
式開關(guān)，或者為可控硅、雙向可控硅、GTO、 IGBT、 IGCT等電力電子 器件，或者為其它能夠控制電路在導(dǎo)通狀態(tài)(低阻抗?fàn)顟B(tài))與分?jǐn)酄顟B(tài) (高阻抗?fàn)顟B(tài))間轉(zhuǎn)換的器件、電路或設(shè)備。
上述如圖3所示結(jié)構(gòu)的高壓變頻器，在實(shí)際使用中是通過下述具體 步驟對各個(gè)功率單元實(shí)施控制，以實(shí)現(xiàn)對該高壓變頻器的N+l單元冗余
功能
(1) 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，備用功率單元處于
旁路狀態(tài)，或是開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3同時(shí)與備用功率單元的同一接 點(diǎn)相連通；
在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，備用功率單元處于旁路狀態(tài)， 或是開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3同時(shí)與備用功率單元的同一接點(diǎn)相連通。 這樣，變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其三個(gè)相線中分別有m個(gè)功率單元 處于運(yùn)行狀態(tài)，即按照前述最精簡的高壓變頻器運(yùn)行方式在運(yùn)行。
(2) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓變頻 器檢查該故障功率單元所處位置；
(3) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用 功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元所在相 線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功率單元的 輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓基波幅值、頻率相同， 相位相同或相差180度。
此時(shí)，三相線以與非故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用功 率單元相連的接點(diǎn)為變頻器三相線間的中性點(diǎn)。而備用功率單元被接入 發(fā)生故障功率單元所在相線中，補(bǔ)償故障功率單元的輸出，使得三相線 仍能保持三相線各有m個(gè)功率單元在線運(yùn)行的最精簡方式運(yùn)行，滿足了 變頻器的額定輸出需要。
其中，所述步驟(3)中備用功率單元輸出電壓的相位是相同或相差 180度，依據(jù)下述方法控制
(A) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極連 接，即同為U端或同為V端，則相位相差180度；
(B) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極連 接，即U端與V端相連，則相位相同。在上述本發(fā)明的控制方法中，備用功率單元的輸出電壓之所以用電
壓基波作為表述對象，是因?yàn)樵陔妷旱母鱾€(gè)分量中，基波是起決定性作
用的分量。在實(shí)際應(yīng)用中，針對不同硬件構(gòu)成的控制系統(tǒng)，備用功率單 元與其代替的運(yùn)行功率單元輸出電壓的載波分量可能相同，也可能不同。
但是，只要其基波滿足上述控制方法，就不影響本發(fā)明高壓變頻器N+1 單元冗余控制的實(shí)現(xiàn)。
基于上述論述，本發(fā)明還給出當(dāng)備用功率單元與其所代替的運(yùn)行功 率單元輸出電壓的載波分量相同的情況下，該高壓變頻器的控制方法-
(21) 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，備用功率單元處于旁 路狀態(tài)，或是開關(guān)組KG1、 KG2、 KG3同時(shí)與備用功率單元的同一接點(diǎn) 相連通；
(22) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓變 頻器檢查該故障功率單元所處位置；
(23) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備 用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元所在
相線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功率單元 的輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓值相同或相反。 所述相同或相反指的是電壓數(shù)值相同，而正負(fù)極性相同或相反。 相應(yīng)的，其中所述步驟(23)中備用功率單元輸出電壓值相同或相 反，依據(jù)下述方法控制
(2A)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極連 接，則輸出相反電壓值；
(2B)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極連 接，則輸出相同電壓值。
綜上所述，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的單功率單元冗余的高壓變頻器在上述冗 余控制方法的控制下，可以滿足在任意一個(gè)功率單元因故障而旁路退出 運(yùn)行的情況下，變頻器仍具有額定電壓輸出能力的N+l單元冗余功能。 這相比現(xiàn)有技術(shù)需要3m+3個(gè)功率單元來實(shí)現(xiàn)這一功能節(jié)省了兩個(gè)功率 單元，降低了實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)，由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的該備用功率單元在 變頻器正常工作時(shí)可以處于旁路狀態(tài)并不投入工作，只有在有在運(yùn)行功 率單元發(fā)生故障時(shí)才投入運(yùn)行，因此降低了系統(tǒng)損耗，提高了系統(tǒng)效率。
1權(quán)利要求
1、單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于由多副邊繞組變壓器、3m+1個(gè)功率單元構(gòu)成和三個(gè)開關(guān)組構(gòu)成；所述3m+1個(gè)功率單元中包括有一個(gè)備用功率單元；剩下3m個(gè)功率單元均分為三組，每組分別由m個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成變頻器的一個(gè)相線，分別為第一、第二、第三相線所述三個(gè)開關(guān)組分別為第一、第二、第三開關(guān)組；所述功率單元為一個(gè)三相輸入、單相輸出的變頻器；各個(gè)功率單元的輸入端分別與所述多副邊繞組變壓器中的一個(gè)副邊繞組相連；所述功率單元的輸出端分為正極和負(fù)極；所述第一開關(guān)組與第一相線的一端相連，第二開關(guān)組與第二相線的一端相連，第三開關(guān)組與第三相線的一端相連；每個(gè)所述開關(guān)組同時(shí)與所述備用功率單元的兩個(gè)輸出端相連，所述第一、第二、第三相線分別通過所述第一、第二、第三開關(guān)組的控制選擇與所述備用功率單元輸出端的正極或負(fù)極相連通；所述第一、第二、第三相線未與開關(guān)組相連的一端構(gòu)成變頻器的三相輸出端。
2、 如權(quán)利要求1所述的單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，所述備用功率單元處于旁路狀 態(tài)或輸出零矢量，或者所述三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與備用功率單元輸出端的 同一極相連通。
3、 如權(quán)利要求1所述的單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在 于所述三個(gè)開關(guān)組，每個(gè)開關(guān)組分別由兩個(gè)切換開關(guān)構(gòu)成，每個(gè)開關(guān)組中的兩個(gè)切換開關(guān)的一端分別與所述備用功率單元輸出端的正極和負(fù) 極相連，另一端相互連接在一起并與連接至該開關(guān)組的相線的端相連。
4、 如權(quán)利要求1所述的單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在 于.-所述三個(gè)開關(guān)組各為一個(gè)單刀雙擲開關(guān)；該單刀雙擲開關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn) 與連接至該開關(guān)組的相線的端相連，兩個(gè)靜觸點(diǎn)分別與所述備用功率單 元輸出端的正極和負(fù)極相連。
5、 如權(quán)利要求1所述的單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于 所述多副邊繞組變壓器為單個(gè)多副邊繞組變壓器或是由多個(gè)變壓器在原 邊側(cè)相互串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成的等效多副邊繞組變壓器。
6、 如權(quán)利要求1、 3或4所述的具有單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于所述開關(guān)組為機(jī)械式開關(guān)或者電力電子器件。
7、 一種單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法，基于權(quán)利要求l 所述高壓變頻器實(shí)現(xiàn)，其特征在于(1) 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與 該備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通，或者備用功率單元處于旁路狀態(tài)或輸出零矢量，并且三個(gè)開關(guān)組各與備用功率單元的某一接點(diǎn)或同時(shí) 與兩個(gè)接點(diǎn)相連通；(2) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓變頻器檢查該故障功率單元所處位置；(3) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功率單元的 輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓基波幅值和頻率相同， 相位相同或相差180度。
8、 如權(quán)利要求7所述的單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法， 其特征在于所述步驟(3)中備用功率單元輸出電壓的相位是相同或相 差180度，依據(jù)下述方法控制(A) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極連 接，則相位相差180度；(B) 如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極連接，則相位相同。
9、 一種單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法，基于權(quán)利要求l所述高壓變頻器實(shí)現(xiàn)，其特征在于(21) 在該高壓變頻器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，三個(gè)開關(guān)組同時(shí)與該備用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通，或者備用功率單元處于旁路狀態(tài)或輸 出零矢量，并且三個(gè)開關(guān)組各與備用功率單元的某一接點(diǎn)或同時(shí)與兩個(gè)接點(diǎn)相連通；(22) 當(dāng)有一個(gè)在運(yùn)行功率單元因故障而旁路退出運(yùn)行時(shí)，高壓變 頻器檢查該故障功率單元所處位置；(23) 高壓變頻器控制與故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備 用功率單元的一個(gè)接點(diǎn)相連通；高壓變頻器控制與非故障功率單元所在相線相連的開關(guān)組與備用功率單元的另一接點(diǎn)相連通；該備用功率單元 的輸出電壓與原應(yīng)由所述故障功率單元輸出的電壓值相同或相反。
10、如權(quán)利要求9所述的單功率單元冗余的高壓變頻器的控制方法， 其特征在于所述步驟(23)中備用功率單元輸出電壓值相同或相反， 依據(jù)下述方法控制(2A)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為同極連 接，則輸出相反電壓值；(2B)如果所述備用功率單元與發(fā)生故障的相線的連接端為異極連接，則輸出相同電壓值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單功率單元冗余的高壓變頻器，其特征在于由多副邊繞組變壓器、3m+1個(gè)功率單元構(gòu)成和三個(gè)開關(guān)組構(gòu)成；3m+1個(gè)功率單元中包括一個(gè)備用功率單元，3m個(gè)功率單元均為分為三組，每組分別由m個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成變頻器的一個(gè)相線；所述第一、第二、第三相線分別通過所述第一、第二、第三開關(guān)組的控制選擇與所述備用功率單元輸出端的正極或負(fù)極相連通；所述第一、第二、第三相線未與開關(guān)組相連的一端構(gòu)成變頻器的三相輸出端。該高壓變頻器僅需要3m+1個(gè)功率單元來實(shí)現(xiàn)N+1單元冗余功能，相比現(xiàn)有技術(shù)需要3m+3個(gè)功率單元節(jié)省了兩個(gè)功率單元，降低了實(shí)現(xiàn)成本。
文檔編號H02M5/16GK101594061SQ20091008332
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者原紀(jì)鵬, 李柄才 申請人:北京利德華福電氣技術(shù)有限公司