[發明專利]基于MMC的電子電力變壓器

有效

• 申請號: 201310140595.6
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103208929A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 張俊峰;易楊;陳迅;毛承雄;萬川;王丹;陸繼明
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;華中科技大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/537;H02M3/335
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

技術領域

本發明涉及電力設備技術領域，特別是涉及基于MMC的電子電力變壓器。

背景技術

隨著世界經濟的不斷發展，各種形式的電力需求增長越來越快，能源短缺、環境保護等問題日益嚴重，而以風力發電、太陽能發電為代表的可再生能源發電技術正逐漸成為未來電力系統技術的發展方向和研究熱點。但這些清潔能源往往存在諸如位置分散、遠離電力用戶中心等特點，基于電壓源型變換器的高壓直流輸電系統能加這些小型分布式電源系統通過經濟、環保的方式接入交流電網，高壓大功率的電壓型器是該類系統的核心部件。高壓大功率變換場合的電力電子裝置需要具備盡可能高的電壓等級和功率處理能力，而實現高壓大功率變換器的關鍵技術之一是大功率變換器拓撲。近幾十年來，多電平變換技術(主要指電壓型多電平變換器)得到不斷推廣。但是由于采用直接串聯技術，器件參數的不一致不僅會帶來器件均壓問題、電磁干擾問題，還會因開關頻率過高帶來較大的開關損耗等原因，難以在高壓直流輸電領域得到廣泛的運用。

模塊化多電平變流器(Modualize?Multi-level?Converter，MMC)拓撲由德國慕尼黑聯邦國防軍大學于2002年首次提出并應用于高壓直流輸電系統領域，以其獨特的結構和技術優勢正成為研究熱點。此拓撲無需器件的直接串聯，且具有模塊化構造，每個模塊可使用相同的硬件結構，無需移相變壓器，擁有廣闊的應用前景。盡管模塊化多電平變流器的相關理論和技術研究取得了一定進展，但是還有一些問題未得到完全解決。比如MMC在不對稱電網/負載等特殊應用場合下的環流問題，換流的存在會帶來一些負面的影響，但是現在還沒有有效的解決辦法。MMC功率電源的直流側電容電壓中含有大量基頻和二次諧波，將導致交流輸出橋臂電流中出現不可忽略的低次諧波分量，進而影響系統的輸出特性。MMC各功率單元的直流電容相互獨立，主電路元器件為非理想元件，容易導致直流電容電壓不平衡和直流電容電壓脈動現象。

目前MMC中直流電容電壓平衡控制主要是通過外部的平衡控制電路來實現，通過外部平衡控制電路的方法雖然可簡化控制程序的算法設計，但由于需要額外的硬件電路和控制系統，增加了系統的成本和復雜性，降低了系統的可靠性。

發明內容

基于此，有必要針對一般MMC中直流電容電壓平衡控制不易實現的問題，提供一種容易實現直流電容電壓平衡控制的基于MMC的電子電力變壓器。

一種基于MMC的電子電力變壓器，包括模塊化多電平變流器和DC-DC隔離器，所述模塊化多電平變流器的交流側連接高壓交流電網，所述模塊化多電平變流器的直流側連接所述DC-DC隔離器，所述模塊化多電平變流器包括多個串聯連接的子模塊，所述子模塊的直流側正負分別與高壓直流電網的正負連接，所述DC-DC隔離器包括第一電容和第二電容，所述DC-DC隔離器的直流輸出側并聯所述第一電容形成直流輸出端口，所述直流輸出端口與低壓直流電網連接，所述DC-DC隔離器的直流輸入側并聯所述第二電容形成直流輸入端口，所述直流輸入端口與所述子模塊的直流輸出端連接;

所述子模塊包括半橋電路和電容，所述半橋電路與所述電容并聯。

在其中一個實施例中，所述基于MMC的電子電力變壓器還包括DC-AC逆變器，所述DC-AC逆變器直流側連接所述低壓直流電網，所述DC-AC逆變器交流側連接低壓交流電網。

在其中一個實施例中，所述DC-DC隔離器還包括逆變器、中頻變壓器和整流器，所述逆變器的直流側并聯有所述第二電容，所述逆變器的直流側與所述子模塊的直流輸出端連接，所述逆變器的交流側連接所述中頻變壓器的原方，所述整流器的交流側連接所述中頻變壓器的副方，所述整流器的直流側并聯有所述第一電容，所述整流器的直流側連接所述低壓直流電網。

在其中一個實施例中，所述DC-DC隔離器還包括逆變器、中頻變壓器和整流器，所述第一電容、所述第二電容、所述逆變器、所述中頻變壓器和所述整流器的個數為多個，所述中頻變壓器的原方連接所述逆變器的交流側，所述中頻變壓器的副方連接所述整流器的交流側，所述逆變器的直流側并聯有所述第二電容，多個所述逆變器的直流側級聯形成所述直流輸入端口，所述直流輸入端口與所述子模塊的直流輸出端連接，所述整流器的直流側并聯有所述第一電容，多個所述整流器的直流側并聯形成所述直流輸出端口，所述直流輸出端口與所述低壓直流電網連接。