[發(fā)明專(zhuān)利]基于級(jí)聯(lián)模塊化多電平的電力電子變壓器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510093843.5
• 申請(qǐng)日: 2015-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104638940A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅軍;馬天;鄭建勇;吉宇;杜曉舟;繆惠宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02M5/458
• 分類(lèi)號(hào): H02M5/458;H02M3/335
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子器件和變壓器領(lǐng)域，具體涉及一種基于模塊化多電平的電力電子變壓器。

背景技術(shù)

電子電力變壓器(Electronic?Power?Transformer，EPT)又被稱(chēng)為電力電子變壓器(Power?Electronic?Transformer，PET)或固態(tài)變壓器(Solid?State?Transformer，SST)，其是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的電能變換技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征的電能的新型智能變壓器。相對(duì)于傳統(tǒng)變壓器而言，電力電子變壓器具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)體積小，重量輕，環(huán)境污染小；(2)運(yùn)行時(shí)二次側(cè)輸出電壓幅值恒定，不隨負(fù)載變化，且平滑可調(diào)；(3)一次、二次側(cè)電壓為正弦波形，功率因數(shù)可調(diào)；(4)一次、二次側(cè)電壓、電流和功率均高度可控；(5)本身具有斷路器的功能，無(wú)需傳統(tǒng)的變壓器繼電保護(hù)裝置。電力電子變壓器是集電力電子、電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理以及自動(dòng)控制理論等領(lǐng)域?yàn)橐惑w的電力系統(tǒng)前沿研究課題，也是解決電能質(zhì)量問(wèn)題，建設(shè)“綠色電網(wǎng)”、“數(shù)字電網(wǎng)”的可行途徑之一。目前在國(guó)內(nèi)外，關(guān)于電力電子變壓器有很多相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)。

模塊化多電平變換器(Modular?Multilevel?Converter,MMC)是一種適用于中高壓應(yīng)用場(chǎng)合的新型變換器。這種結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢(shì)，與目前主要的二極管鉗位型、飛跨電容型多電平拓?fù)湎啾龋琈MC具有損耗小、冗余性好、開(kāi)關(guān)頻率低、輸出諧波少等特點(diǎn)。與級(jí)聯(lián)H橋多電平拓?fù)湎啾龋琈MC具有公用直流母線(xiàn)以及良好的四象限工作性能等特點(diǎn)。MMC的每個(gè)子模塊結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制容易，可以無(wú)限擴(kuò)展，特別適用于高壓大容量領(lǐng)域。將MMC取代級(jí)聯(lián)H橋作為PET的高壓側(cè)變換器得到高壓直流母線(xiàn)。中間的DC-DC變換器則實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)和低壓側(cè)隔離功能。這種基于MMC的PET具有如下的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1)為三相結(jié)構(gòu)，可提高直流輸出電壓質(zhì)量。2)可以顯著減少高頻變壓器的用量。3)可以減少電力電子開(kāi)關(guān)器件的用量。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種高壓直流側(cè)電容電壓波動(dòng)小，控制靈活，可靠性好的基于級(jí)聯(lián)模塊化多電平的電力電子變壓器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于級(jí)聯(lián)模塊化多電平的電力電子變壓器，包括按電路依次連接的高壓直流側(cè)的模塊化多電平整流器MMC、DC/DC變壓器單元以及低壓直流側(cè)的低壓逆變器；所述模塊化多電平整流器的交流側(cè)連接三相高壓交流電網(wǎng)，且所述模塊化多電平整流器MMC與DC/DC變壓器單元通過(guò)高壓直流母線(xiàn)連接，而所述低壓逆變器與DC/DC變壓器單元通過(guò)低壓直流母線(xiàn)連接；所述模塊化多電平整流器MMC由三相組成，每相由上下兩個(gè)橋臂組成，每個(gè)橋臂由多個(gè)SM子模塊串聯(lián)而成；三相高壓交流電網(wǎng)的每相連接到每相上下橋臂的中點(diǎn)，三相橋臂并聯(lián)在高壓直流電網(wǎng)正負(fù)極兩端；所述DC/DC變壓器單元包括一個(gè)以上的模塊化多電平逆變器、一個(gè)以上的中頻變壓器以及一個(gè)以上的第一整流器，且所述模塊化多電平逆變器、中頻變壓器以及第一整流器一一對(duì)應(yīng)，且每一個(gè)中頻變壓器的原邊均連接在對(duì)應(yīng)的模塊化多電平逆變器的交流側(cè)，而所述中頻變壓器的副邊連接在對(duì)應(yīng)的第一整流器的交流側(cè)；而相鄰的模塊化多電平逆變器的直流側(cè)之間通過(guò)第一電容相互并聯(lián)在一起與高壓直流母線(xiàn)連接，第一整流器的直流側(cè)相互并聯(lián)在一起與低壓直流母線(xiàn)連接。

優(yōu)選的：所述DC/DC變壓器單元的模塊化多電平逆變器為單相結(jié)構(gòu)或雙相結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜗嘟Y(jié)構(gòu)中，模塊化多電平逆變器的直流側(cè)由兩個(gè)第二電容并聯(lián)組成，相的輸出連接中頻變壓器的一端，另一端接兩串聯(lián)電容的中點(diǎn)；雙相結(jié)構(gòu)中，模塊化多電平逆變器的直流側(cè)由一個(gè)第二電容組成，每相的輸出端接中頻變壓器的一端。

優(yōu)選的：所述第一整流器可以采用二極管不控整流電路，或采用全控整流電路。

優(yōu)選的：所述SM子模塊包括半橋電路和第三電容，所述半橋電路和第三電容并聯(lián)在一起。

優(yōu)選的：所述的半橋結(jié)構(gòu)由兩組絕緣柵雙極型晶閘管和續(xù)流二極管組成，續(xù)流二極管反并聯(lián)在絕緣柵雙極型晶閘管兩端；而兩組半橋結(jié)構(gòu)組成全控整流電路。

本發(fā)明提供的一種基于級(jí)聯(lián)模塊化多電平的電力電子變壓器，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

1.高壓側(cè)整流電路由模塊化多電平整流電路組成，采用三相三橋臂結(jié)構(gòu)，三相高壓分別連接模塊化多電平，三相并聯(lián)于高壓直流側(cè)。因此采用本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以通過(guò)子模塊的擴(kuò)展達(dá)到高電壓、大容量，減小了諧波，提高了電能質(zhì)量。