[發明專利]一種模塊化多電平結構的固態變壓器

在審

• 申請號: 201510866616.1
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105515401A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 袁佳歆;薛鋼;楊雨桐;陳柏超
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種模塊化多電平結構的固態變壓器，其特征在于，基于模塊化多電平結構,包括：

一輸入級：為一個三相模塊化多電平變流器，所述三相模塊化多電平變流器的每一相分成上半橋臂和下半橋臂，上半橋臂和下半橋臂均由n個子模塊以及一個橋臂電感級聯而成，每一相橋臂的中間點通過一個電感與110KV配電網相連；

一隔離級：隔離級由k個子單元級聯而成，每個子單元依次包括一個單相MMC逆變器、一個高頻變壓器和一個單相MMC整流器，隔離級通過高、低壓直流母線分別與輸入級、輸出級相連；所述單相MMC逆變器和單相MMC整流器均有兩個橋臂，每個橋臂均由子模塊級聯而成，在橋臂的中間串聯兩個相等的電感，單相MMC逆變器兩橋臂的中點與對應高頻變壓器原邊的兩根引線相連，單相MMC整流器兩橋臂中點與高頻變壓器副邊兩根引線相連;

一輸出級：為一個三相模塊化多電平變流器，所述三相模塊化多電平變流器的每一相分成上半橋臂和下半橋臂，上半橋臂和下半橋臂均由m個子模塊以及一個橋臂電感級聯而成，每一相橋臂的中間點通過一個電感與10KV配電網相連。

2.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平結構的固態變壓器，其特征在于，所述的子模塊，由兩個帶有反并聯二極管的全控型器件串聯之后再與電容并聯組成；全控型器件為IGBT或MOSFET或IGCT，器件材料為Si或SiC或GaN材料。

3.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平結構的固態變壓器，其特征在于，所述的輸入級中，子模塊中的全控型器件能夠是IGBT或MOSFET或IGCT；器件采用Si或SiC或GaN材料；通過控制子模塊中的開關器件來控制電容的接入或旁路，正常工作時，每個時刻每一相都有n個電容串聯接入電路，而這n個電容電壓的和即為高壓直流母線電壓。

4.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平結構的固態變壓器，其特征在于，所述的隔離級中的開關器件均為帶有反并聯二極管的全控型開關器件，且為高頻開關器件；所述的子單元，包含單相MMC逆變器、高頻變壓器、單相MMC整流器，三者依次連接，k個子單元級聯在直流母線上；每個單相MMC逆變器含有兩個橋臂，每個橋臂由2x個子模塊級聯而成，在橋臂的中間串聯兩個相等的電感，單相MMC逆變器兩橋臂的中點與對應高頻變壓器原邊的兩根引線相連；每個單相MMC整流器同樣含有兩個橋臂，每個橋臂有2y個子模塊級聯而成，在橋臂的中間同樣串聯兩個相等的電感，單相MMC整流器兩橋臂的中點與高頻變壓器副邊兩根引線相連；每個高頻變壓器的變比相同，連接相應的單相MMC逆變器和單相MMC整流器。

5.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平結構的固態變壓器，其特征在于，所述的輸出級為三相模塊化多電平變流器，其通過低壓直流母線與隔離級相連，該三相模塊化多電平變流器的每一相分成上半橋臂和下半橋臂，上半橋臂和下半橋臂均由m個子模塊以及一個橋臂電感級聯而成，每一相橋臂的中間點通過一個電感與10KV配電網相連；輸出級中的開關器件均為帶有反并聯二極管的全控型開關器件。