[發明專利]應用于交直流混合配電網的MMC型多端口電力電子變壓器

在審

• 申請號: 201610057068.2
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105680488A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 趙劍鋒;陳璐瑤;孫毅超
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00;H02J3/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種應用于交直流混合配電網的MMC(modularmultipleconverter，模 塊化多電平變化器)型多端口電力電子變壓器，屬于電力電子在電力系統中的應用技術。

背景技術

調整能源結構是我國電力工業發展的長期性戰略性任務。國家十三五規劃指出，基 于我國國情和經濟發展階段，應大力推進智能電網發展，擴大清潔能源發電規模和消納 市場。可再生能源的大規模使用促使更有利于分布式電源接入的直流配電系統得到學術 界的廣泛關注。除此之外，直流配電網還有如下優點：(1)中間電壓轉換環節大為減少， 降低了接入成本，功率轉換效率和電能質量顯著提高；(2)線路建設成本低、線路損耗 小；(3)供電可靠性高、環境友好性強等。然而我國的直流配電網還處于試驗探索階段， 綜合考慮交流配電系統的固有地位，研究包含柔性直流輸電線路的交直流混合配電系統 具有現實的實踐性意義和廣闊的應用前景。

電力電子變壓器(PET，powerelectronictransformer)相比于傳統變壓器除了可以 完成電壓轉換、電氣隔離和能量傳輸等基本功能，還可以實現無功補償、諧波治理、電 網互聯、新能源并網等諸多功能，因此非常適用于配電網智能接口。近年來，具有更高 靈活度的含有直流環節的三級型電力電子變壓器逐漸得到學術界的關注。這種電力電子 變壓器按結構可分為兩大類，一類是結構為輸入級-H橋變換器、中間級-DC/DC隔離變 換器、輸出級-H橋變換器的單相三級式電力電子變壓器，理論已較為成熟，并針對微 網、電力機車等多種場合研制了樣機或產品。中國專利CN200910184407.3公開了一種 應用在配電網的電力電子變壓器，其中輸入級采用橋式拓撲的功率變壓器，相比于基于 MMC型的電力電子配電變壓器不具備多端口優點且運用更多的電力電子器件。第二類 是基于模塊化多電平變換器的三相三級式電力電子變壓器，這種電力電子變壓器理論和 實踐都處于探索階段。中國專利CN200920247154.5公開了一種模塊化電力電子變壓器， 該變壓器多兩端口電力電子變壓器，只有一個高壓直流端口和一個交流端口，無法應用 于中高壓等級配電網。

MMC拓撲由于具有公共的高壓直流母線，更適合高壓直流的直接接入并且具有模 塊化程度高、擴展性好、冗余性好、良好的四象限工作性能等優勢，若對其具體拓撲進 行研究并采取合適的控制方法，在應用于交直流混合配電網時，可改善輸出電壓質量， 減少電力電子變壓器體積，降低配電網建設成本，具有廣闊的應用前景。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種應用于交直流混合配 電網的MMC型多端口電力電子變壓器，具備高壓直流、高壓交流、低壓直流、低壓交 流四個通用端口，擁有多種工作模式，適用于各種形式的電壓接入并能夠完成潮流控制 和電能質量調節。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種應用于交直流混合配電網的MMC型多端口電力電子變壓器，包括輸入級、中 間級和輸出級，具備高壓交流、高壓直流、低壓交流和低壓直流四類通用接口。

上述應用于交直流混合配電網的MMC型多端口電力電子變壓器的具體結構為：

輸入級包括高壓交流端口和高壓直流端口，通過高壓交流端口連接中高壓配電網， 通過高壓直流端口連接高壓直流母線；輸入級拓撲為三相結構，每相均分為上下兩個橋 臂，每個橋臂上串聯一個橋臂電感和若干MMC功率單元，屬于同一相的上下兩個橋臂 的交流接點相連后作為高壓交流端口對應相，三個上橋臂的直流接點相連后作為高壓直 流端口正極，三個下橋臂的直流接點相連后作為高壓直流端口負極；所述MMC功率單 元為模塊化的單相半橋結構，由一個IGBT半橋和一個儲能電容并聯構成；所述MMC 功率單元具有高度模塊化的特點，可以相互替換，通過增減MMC功率單元的數量以適 應不同的電壓等級，靈活擴大應用范圍。