[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

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，具體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，每相的高壓側MMC全橋模塊；相鄰的兩個子單元中，MMC模塊各產生一部分基頻相電壓輸出，同時生產幅值相等、相位相反的高頻方波，高頻方波經橋臂諧振LC篩選通過，再經高頻變壓器隔離降壓后，由低壓側H橋模塊整流至低壓直流母線。此拓撲相比傳統電力電子變壓器的高壓側和中間級拓撲，能夠節省高頻變壓器數、模塊數、電容數和開關數，同時具有良好的輸出波形。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲。

背景技術

電力電子變壓器是具有電壓變換、無功補償、不平衡控制、電能質量治理等功能的電力電子裝置。電力電子變壓拓撲種類很多，常見的有AC/AC型、AC/DC/DC型和AC/DC/DC/AC型。AC/AC型拓撲屬于矩陣型結構，橋臂之間的耦合度較高，影響輸出波形質量；AC/DC/DC型，具有電容器實現去耦合，輸出波形質量較好，同時，這種拓撲能夠提供高壓、低壓直流母線，方便電網互連；AC/DC/DC/AC型在AC/DC/DC型基礎上加入了低壓直流側逆變環節，另可實現傳統變壓器的交-交變換功能。

電力電子變壓器相對于傳統變壓器，結構復雜，元器件種類、數量繁多，功率密度較低，整體造價高。上述電力電子變壓器結構中級數較低的AC/AC型難以保證良好波形，級數較多的AC/DC/DC/AC型結構復雜。

如何在不影響電力電子變壓器輸出波形或對輸出波形影響較小的情況下簡化電力電子變壓器結構，減少電力電子變壓器器件數量，提高功率密度，降低成本，對推動電力電子變壓器應用具有重要意義。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種模塊化多電平全橋諧振型電力電子變壓器拓撲，其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，每相的高壓側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。

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。

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。

所述高頻變壓器為雙繞組變壓器。

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。