[發明專利]一種基于半橋級聯型三電平的模塊化固態變壓器

在審

• 申請號: 201811064208.4
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN109194137A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 張建文;周劍橋;施剛;蔡旭;陳偉;羅乃好;黃超;姚旭;饒芳權
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;海南金盤智能科技股份有限公司;海南金盤電氣研究院有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發明提出了一種基于半橋級聯型三電平的模塊化固態變壓器，其中，MMC的子模塊單元和DAB單元互聯，MMC子模塊和DAB輸入端均采用半橋級聯三電平的結構，以減少所需的模塊數量及高頻變壓器數量，DAB交流側串接電容以隔離三電平輸出電壓中的直流分量，而DAB輸出端變換器采用全橋結構，其通過多個DAB輸出端并聯形成低壓直流母線，三相全橋逆變器接在低壓直流母線上，并形成低壓交流端口。通過本發明拓撲的應用，可實現多電壓等級及多種交直流形態的配電網互聯，為未來智能配電網的構建打下裝備基礎。

技術領域

本發明涉及電力系統中智能配電網技術、電力電子技術等領域，具體地，涉及一種采用半橋級聯型三電平子模塊的新型模塊化固態變壓器拓撲，可應用于實現多電壓等級多交直流形態的配電網互聯。

背景技術

可再生能源往往以分布式電源的形式接入配電網，轉化為電能供給終端用戶。然而，傳統配電網的運行模式基本是以供方主導、單向輻射狀供電為主，其配電一次控制設備(有載調壓器、聯絡開關等)調控能力欠缺，難以滿足可再生能源和負荷頻繁波動時配電網的高精度實時運行優化需求，且在配網的規劃設計階段和運行管理中，均未考慮分布式電源的接入。隨著分布式電源接入量的不斷增加，更有電動汽車的快速普及，儲能和可控負荷的持續增多，現有配電網架構已很難滿足新能源消納、靈活調控及用戶對環境保護、供電可靠性、電能質量和優質服務的要求。

因此，隨著電力電子技術的發展，未來配電系統將通過電力電子變壓器形成網狀的多電壓等級交直流混合配電架構。電力電子變壓器位于多類型配電網絡的中心節點處，將取代傳統的配電變壓器，需要滿足多端口、高變比、多電壓形態、故障隔離、高效電能傳輸等基本需求，并實現多向功率可控、提供多種即插即用接口等高級功能。

經檢索，李子欣等發表的“面向中高壓智能配電網的電力電子變壓器研究”，《電網技術》(2013)，提出了一種基于模塊化多電平換流器(MMC)和雙有源橋(DAB)的電力電子變壓器拓撲結構，實現多種交直流配電網的互聯。但該拓撲的中壓網絡和低壓網絡間需通過中壓直流母線實現功率傳遞，導致MMC開關器件的電流應力較大。此外，中壓直流母線上需額外串聯電容以實現MMC和DAB，增加了裝置成本。該拓撲存在較大的優化空間。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提出一種采用半橋級聯型三電平子模塊的新型模塊化固態變壓器，采用MMC的子模塊單元和DAB單元互聯以實現中低壓配電網間的功率傳遞，并提供中壓直流，中壓交流，低壓直流，低壓交流四類端口，以適用于多電壓等級多形態交直流混合配電網互聯。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于半橋級聯型三電平的模塊化固態變壓器，包括模塊化多電平換流器(MMC)、多個隔離型雙有源橋變換器(DAB)以及三相全橋逆變器，其中，所述模塊化多電平換流器(MMC)的子模塊和所述隔離型雙有源橋變換器(DAB)互聯，所述模塊化多電平換流器(MMC)的子模塊和所述隔離型雙有源橋變換器(DAB)輸入端均采用半橋級聯三電平的結構，所述隔離型雙有源橋變換器(DAB)交流側串接電容以隔離三電平輸出電壓中的直流分量，而所述隔離型雙有源橋變換器(DAB)的輸出端變換器采用全橋結構，通過多個所述隔離型雙有源橋變換器(DAB)輸出端并聯形成低壓直流母線，所述三相全橋逆變器接在低壓直流母線上，并形成低壓交流端口。

較佳的，所述模塊化多電平換流器(MMC)的子模塊采用兩個半橋級聯的方式，實現三電平結構，以減少模塊數量以及后級隔離型雙有源橋變換器(DAB)數量。

較佳的，所述模塊化多電平換流器(MMC)的交流端口與中壓交流配電網相連，中壓直流端口與中壓直流配電網相連。