[發(fā)明專利]一種基于MMC的多端口混合型電力電子變壓器及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710139460.6
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106655805A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉君;曾華榮;陳沛龍;肖勇;馬曉紅;楊濤;曾鵬;楊斌;王建華;季振東;趙劍鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02J3/18;H02J3/12
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務(wù)所52100
• 代理人: 商小川

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于MMC的多端口混合型電力電子變壓器及其控制方法，屬于電力電子應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、社會生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，各種形式的電力需求不斷增長，對電力電子設(shè)備的要求也越來越高，電力電子技術(shù)隨之飛速發(fā)展，其中多電平變換器因具有輸出電壓高、諧波含量低、電壓變化率小、功率開關(guān)器件電壓應(yīng)力小、開關(guān)頻率低等優(yōu)點正逐漸成為高壓大功率電力應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點。

傳統(tǒng)電力變壓器作為電力系統(tǒng)的基本設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點。但是傳統(tǒng)電力變壓器也存在著設(shè)備體積大、易產(chǎn)生諧波、無法控制電能質(zhì)量等問題。近年來，由于電力電子技術(shù)尤其是電力電子器件技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子變壓器(Power Electronic Transformer，PET)作為一種新型的電力變壓器受到越來越多國內(nèi)外學者的關(guān)注和重視。電力電子變壓器不僅兼具傳統(tǒng)變壓器隔離、變換電壓、傳遞能量等功能，還可實現(xiàn)電能質(zhì)量的治理以及新能源的接入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹謴V闊。但相對于傳統(tǒng)電力變壓器，目前電力電子變壓器的設(shè)備成本較高。因此，將傳統(tǒng)電力變壓器與電力電子變壓器進行結(jié)合，可以同時利用兩者的優(yōu)點，實現(xiàn)設(shè)備效果與成本之間的平衡，因而成為目前的研究熱點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于MMC的多端口混合型電力電子變壓器及其控制方法，在傳統(tǒng)工頻電力變壓器的基礎(chǔ)上，與電力電子器件相結(jié)合組成混合型電力電子變壓器，實現(xiàn)有功控制、無功控制、電壓控制等調(diào)節(jié)算法。

本發(fā)明提出的一種基于MMC的多端口混合型電力電子變壓器，包括多繞組變壓器、混合型MMC變換器、LC濾波器和直流輸出端口，所述的多繞組變壓器包括初級繞組、次級繞組a和次級繞組b；初級繞組與電網(wǎng)相連，次級繞組a每一相中的繞組直接與負載相連，次級繞組b與混合型MMC變換器相連，并經(jīng)LC濾波器后接入繞組a。

所述的多繞組變壓器為三相變壓器。

所述的混合型MMC變換器為三相背靠背結(jié)構(gòu)，混合型MMC變換器包括AC/DC變換器和DC/AC變換器。

所述的AC/DC變換器和DC/AC變換器為混合型MMC結(jié)構(gòu)，AC/DC變換器和DC/AC變換器中MMC結(jié)構(gòu)的上下每個橋臂至少包括1個模塊a、2個模塊b和1個電感串聯(lián)構(gòu)成，上下兩個橋臂構(gòu)成1組。

所述的模塊a由兩個帶有反并聯(lián)二極管的IGBT組成的半橋結(jié)構(gòu)和直流電容組成。

所述的模塊b由四個帶有反并聯(lián)二極管的IGBT組成的全橋結(jié)構(gòu)和直流電容組成。

所述的AC/DC變換器和DC/AC變換器通過直流側(cè)相連，將直流側(cè)引出可作為直流輸入/輸出端口；AC/DC變換器通過LC濾波器與繞組b連接，DC/AC變換器則通過LC濾波器與繞組a相連。

其控制方法包括MMC的電壓平衡和環(huán)流抑制控制、無功功率補償控制和動態(tài)

電壓恢復控制；

所述的MMC的電壓平衡和環(huán)流抑制控制包括能量均衡控制和電壓均衡控制，通過控制有功功率，維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定，保證變換器能夠正常工作，能量均衡控制控制輸入到變換器有功功率的分配，同時實現(xiàn)對環(huán)流的抑制；電壓均衡控制通過控制子模塊中電容電壓跟蹤其參考值，調(diào)整子模塊的有功功率，以實現(xiàn)每一組上、下橋臂中子模塊的電容電壓均衡控制；

所述無功功率補償控制通過混合型MMC結(jié)構(gòu)AC/DC變換器實現(xiàn)，包括補償電流計算及電流閉環(huán)控制，基于拓撲的獨立性，采用分相補償控制，先采集相電壓、相電流并將其進行合成后進行abc/dq0變換，再根據(jù)瞬時功率理論計算有功功率P^ref及無功功率Q^ref,即：

式中，u_d、u_q，i_d、i_q分別為相電壓、相電流在dq坐標系的分量；

隨后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的無功補償系數(shù)，計算無功補償電流，作為輸出補償電流的參考值，通過電流閉環(huán)控制得到控制信號，最后經(jīng)過PWM調(diào)制生成功率器件的開關(guān)信號；

所述動態(tài)電壓恢復控制通過混合型MMC結(jié)構(gòu)DC/AC變換器實現(xiàn)，包括電壓檢測及補償電壓計算和電壓電流雙環(huán)控制，再通過電壓電流雙環(huán)控制得到控制信號，最后通過PWM調(diào)制生成功率器件的開關(guān)信號，其中

所述電壓環(huán)控制方程為：