[發明專利]基于MMC的電力電子配電變壓器及其控制方法

有效

• 申請號: 201710525852.6
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107134930B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 付周興;童永利;付佩祺;蔡文龍;張明露;趙東強
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M3/335
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于電力設備技術領域，具體涉及一種基于MMC的電力電子配電變壓器及其控制方法。

背景技術

由于節能降耗推動著能源結構的調整，使得風能、太陽能等可再生能源在電力能源中扮演的角色越來越重，因此，對于未來電網的智能化、靈活性、互動性等的要求也是越來越高。我國電網提出了智能電網的發展的目標，而這一目標的實現與否將主要取決于電網中使用的智能設備的性能和智能化水平。在目前電網使用的眾多電氣設備中，配電變壓器是配電網中使用最為廣泛、地位最為重要的電氣設備之一，其主要功能是實現將6kV-35kV電壓轉變至380V電壓供給用戶使用。而且我國變壓器年生產總容量的l/3是配電變壓器。所以，配電變壓器的性能指標以及智能化水平將會嚴重影響未來我國智能電網智能化水平和供電質量。

模塊組合多電平變換器(Modular Multilevel Convert)，簡稱MMC，是一種新型的多電平拓撲，除了具有傳統多電平整流器的優點，MMC采用模塊化結構設計，便于系統擴容和冗余工作，具有故障穿越和恢復能力，系統可靠性高。然而，基于MMC的配電變壓器的控制元件多，系統控制復雜，價格昂貴，在一定程度上限制了其應用。另外，在電力系統中，三相不平衡可分為故障性不平衡和非故障性不平衡兩類。對于非故障性三相不平衡，雖允許在工況下長期存在，但只要輸電線路三相不平衡大于一定程度，就會導致線路輸送容量不足、線路損耗增大以及保護誤動等問題，對電力系統產生危害；長期存在則會嚴重影響電網的安全、經濟、穩定運行。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供了一種基于MMC的電力電子配電變壓器及其控制方法，其IGBT使用的數量少，成本低，可靠性高，擴展容量方便，高壓交流電網(4)發生三相不平衡或者電壓暫降故障時，電力電子配電變壓器能夠安全且可靠地運行，供電質量高，低壓交流電網(5)發生故障對高壓交流電網(4)的沖擊波動小，效率高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：基于MMC的電力電子配電變壓器，其特征在于：包括依次連接的MMC整流器模塊、DC-DC隔離器和DC-AC逆變器，所述MMC整流器模塊的輸入端與高壓交流電網連接，所述DC-AC逆變器的輸出端與低壓交流電網連接；所述DC-DC隔離器包括多個DC-DC隔離子單元，多個所述DC-DC隔離子單元的電壓輸入端依次串聯連接在MMC整流器模塊的直流輸出端之間，多個所述DC-DC隔離子單元的輸出端并聯連接在DC-AC逆變器的直流輸入端之間；所述DC-DC隔離子單元包括依次連接的子逆變器、子中頻變壓器和子整流器，所述子逆變器包括由上橋臂電容、上橋臂IGBT、下橋臂電容和下橋臂IGBT組成的單相全橋逆變電路，所述單相全橋逆變電路的輸入端并聯接有分壓電容，所述子整流器為二極管不控橋式整流器。

上述的基于MMC的電力電子配電變壓器，其特征在于：所述DC-AC逆變器為三相全橋逆變器，所述三相全橋逆變器與所述低壓交流電網之間連接有濾波電感。

上述的基于MMC的電力電子配電變壓器，其特征在于：所述二極管不控橋式整流器包括二極管橋式電路以及與所述二極管橋式電路的輸出端并聯的濾波電容。

上述的基于MMC的電力電子配電變壓器，其特征在于：所述MMC整流器模塊為三相六橋臂電路，所述三相六橋臂電路中每相均包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和所述下橋臂均包括一個限流電抗器和M個串聯連接的MMC子模塊，所述M個串聯連接的子模塊的一端與限流電抗器的一端相接，所述限流電抗器的另一端與所述高壓交流電網相接，所述串聯連接的MMC子模塊的另一端與所述子逆變器相接，所述MMC子模塊包括半橋電路和子模塊電容，所述子模塊電容與所述半橋電路信號輸出端并聯。

上述的基于MMC的電力電子配電變壓器，其特征在于：所述半橋電路由MMC上半橋IGBT和MMC下半橋IGBT組成。

本發明還提供了一種在高壓交流電網輸出三相不平衡或者電壓暫降故障下能夠長期穩定運行，功率損耗小、效率高的電力電子配電變壓器控制方法，其特征在于該控制方法包括以下步驟：

步驟一、高壓交流電的整流，過程如下：

步驟101、實時測量高壓交流電網的A相電流瞬時值i_A、A相電壓瞬時值u_SA、B相電流瞬時值i_B、B相電壓瞬時值u_SB、C相電流瞬時值i_C和C相電壓瞬時值u_SC；