[發明專利]一種基于MMC的單相直掛交直交變流系統

無效

• 申請號: 201410181392.6
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN104038077A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 李群湛;郭育華;郭鍇;解紹鋒;夏焰坤;李亞楠
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及一種基于MMC單相直掛交直交變流系統，特別涉及交流電氣化鐵路和電力電子技術領域。

背景技術

隨著技術的迅猛發展，電力電子裝置實現電壓變換和功率傳遞的技術得到廣泛重視和應用，與變壓器相比具有一些明顯優勢：體積小、占地少；輸出電壓幅值保持恒定(不隨負荷變化)，且可平滑調節；電流、電壓、功率可控性好；功率因數可調；具有斷路器功能，可以迅速限值和切斷故障等。還有變壓器不具備的性能—可以變換頻率和相位。

電力電子技術實現交流電壓變換和功率傳遞分為交交(AC-AC)變換和交直交(AC-DC-AC)變換兩類。相比之下，交直交變換有更好的可控性和靈活性，因此，交直交變換是實現交流電壓變換和功率傳遞的主要手段。

交直交變換實現高壓交流電壓變換和功率傳遞，通常有兩種方式。一是低壓側并聯，高壓側級聯(串聯)。此時，低壓側電壓受到電力電子器件的限值而較低，為了防止環流，往往需要借助工頻變壓器實現電壓匹配和隔離。二是采用交直交變換+中高頻變壓器+交直交變換方式，稱為電力電子變壓器(PET，power?electronic?transformer)或固態變壓器(SST,solid-state?transformer)，由中高頻變壓器實現電壓匹配和隔離，其優點是輸入側和輸出側均可級聯而適于較高電壓，中高頻變壓器體積大大縮小，但結構明顯復雜，投資加大。

為了取消變換過程中的工頻或中高頻變壓器，德國慕尼黑聯邦國防軍大學的R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出了模塊化多電平變流器(MMC,modular?multilevel?converter)技術。MMC具有結構對稱、模塊化程度高、互換性好、方便實現背靠背聯接、組合靈活、易于擴展、開關器件損耗小、諧波特性好等優點，并且不用變壓器即可直掛于高壓系統，近年來在高壓直流輸電、靜止同步補償(STATCOM)、統一潮流控制器(UPQC)等領域的應用越來越廣泛。顯然，當MMC兩側的電壓相同或接近時才能發揮其容量的最佳利用。

本發明提出基于MMC技術的無變壓器的單相直掛變換系統，實現功率傳遞和無功補償，主要用于交流電氣化鐵路的同相補償裝置等供電場合，亦可用于其它變頻場合。

發明內容

本發明的目的就是提供一種基于MMC的單相直掛交直交變流系統，實現功率傳遞和無功補償，主要用于交流電氣化鐵路的同相補償裝置等供電場合，亦可用于變頻場合本發明解決其技術問題，所采用的技術方案為：一種基于MMC的單相直掛交直交變流系統，其特征在于，由六個MMC橋臂BA聯接而成；每個MMC橋臂均由p個結構相同的功率模塊PM與一個電感L串聯而成；功率模塊為單相半橋結構，由一個IGBT半橋和一個直流儲能電容構成，六個MMC橋臂呈三相連接且形成二個單相交流端口；二個單相交流端口共用六個MMC橋臂中的二個MMC橋臂，且共有一個端子。

二個單相交流端口電壓相角互為90°，其間只傳輸有功功率時，

本發明的工作原理是：基于MMC的單相直掛交直交變流系統在二個單相交流端口之間傳遞有功功率；二個單相交流端口是對稱的，有功功率可雙向流動；二個單相交流端口可分別補償無功功率。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、本發明可以實現高壓下無變壓器的功率傳遞和無功補償。

二、本發明二個交流端口共用六個MMC橋臂中的二個MMC橋臂，即共用了三相中一相的橋臂，結構簡單，容量利用率高。

三、本發明在實現有功功率傳遞和無功功率補償的同時，可以實現變頻、變相功能。

四、本發明可以省去與之匹配和隔離的變壓器，從而減少占地和投資，降低損耗，提高效率，更加節能環保。

五、本發明技術先進、可靠，易于實施。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的描述。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

圖2是本發明實施例的MMC橋臂BA結構示意圖。

圖3是本發明實施例的功率模塊PM電路結構示意圖。

具體實施方式

在本申請中，英文簡寫BA:bridge?arm；PM:power?module。

實施例