[發明專利]模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲

有效

• 申請號: 201710033847.3
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106787861B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 徐永海;張雪垠;周廷冬;肖湘寧
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/335
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

1.模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述拓撲包括三相星接結構的高壓側三相，每相結構相同，每相包含N_t個子單元和N_t個低壓側全橋模塊；

每個子單元包含一個諧振LC、一臺高頻變壓器，N個高壓側MMC全橋模塊；每個高壓側MMC全橋模塊包含2個端子P1和P2；子單元內部的高壓側MMC模塊級聯即一個高壓側MMC全橋模塊的P1端子與另一個高壓側MMC全橋模塊的P2端子連接，子單元中最上層高壓側MMC全橋模塊的P1端子和最下層高壓側MMC全橋模塊的P2端子構成了子單元對外的兩個端子P1、P2；

每相最上層子單元的P1端子串聯高壓側濾波電感L_f后形成Po端子，Po端子與對應相電網連接，每相最下層子單元的P2端子稱作Pn端子，三相Pn端子連接于一點，構成星型結構；

所述諧振LC串聯于子單元中最上層高壓側MMC全橋模塊的P1端子與高頻變壓器原邊之間；

所述高頻變壓器，其原邊一個端子與諧振LC連接，另一個端子與子單元中最下層高壓側全橋MMC模塊的P2端子連接，其副邊兩端子分別與低壓側全橋模塊的端子P3、P4連接；

所述低壓側全橋模塊，每個低壓側全橋模塊包含4個端子P3、P4、Pu、Pd，其P3、P4端子與高頻變壓器副邊兩端子連接，且與P3連接的高頻變壓器副邊端子與高頻變壓器原邊和諧振LC連接的端子為同名端；所有低壓側全橋模塊的Pu連接形成低壓直流母線的正母線，所有低壓側全橋模塊的Pd連接形成低壓直流母線的負母線。

2.根據權利要求1所述的模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述高壓側MMC全橋模塊為單相全橋結構，包含4個IGBT與1個電容。

3.根據權利要求1所述的模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述諧振LC由1個諧振電感L_H與1個諧振電容C_H串聯而成。

4.根據權利要求1所述的模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述高頻變壓器為雙繞組變壓器。

5.根據權利要求1所述的模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述低壓側全橋模塊為單相全橋結構，包含4個IGBT和1個電容。

6.根據權利要求1所述模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，每相中相鄰的兩個子單元各輸出的基頻相電壓，且這兩個子單元輸出的高頻方波幅值相同、相位相反，保證輸出相電壓中高頻方波電壓相互抵消。

7.根據權利要求1所述模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，在輸出方波相位本來相同的各個子單元之間，設置輸出方波相移，減小高壓側輸送至低壓直流母線上的功率波動，輸出方波相位相反的子單元之間，不再增設這部分相移。

8.根據權利要求1所述模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述子單元中的高壓側MMC全橋模塊數N的計算方法為：每個MMC全橋模塊的額定電壓為U_cr，每個全橋MMC模塊同時輸出(1-δ)U_cr幅值的基頻電壓和δU_cr幅值的高頻方波電壓，δ為高頻方波電壓百分比，且δ＜1；為了保證與高壓交流系統功率交換所需要的相電壓輸出幅值為U_p，則子單元中的高壓側MMC全橋模塊數為式中δ的取值由以下條件求得：δ×Ucr×N為每臺高頻變壓器原邊輸入的高頻方波電壓幅值等于高頻變壓器原邊額定電壓。

9.根據權利要求1所述模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其特征在于，所述高壓側MMC全橋模塊，考慮模塊均壓功能后其調制波為

函數

其中U_m為考慮模塊均壓功能之前，高壓側MMC全橋模塊的調制波信號，P為模塊均壓控制比例系數，I_leg為流入該子單元的電流，其參考方向由電網指向電力電子變壓器，U_cx為第x個高壓側MMC全橋模塊電容電壓實際值,U_cr為每個MMC全橋模塊的額定電壓；各個模塊的調制波根據模塊自身電容電壓與參考電壓的差異進行修正，保證子單元內部各個模塊電壓差異較小。