[發明專利]一種基于多繞組變壓器耦合的功率變換器

在審

• 申請號: 201811625413.3
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109687726A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 劉闖;蔡國偉;應鴻;游鋒;沈寶興;林琳;於國芳;陳琦;吳星昂
• 申請（專利權）人: 浙江華云清潔能源有限公司;東北電力大學
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02M7/219;H02M7/487;H02M5/10
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 33217
• 代理人: 歐陽俊

本發明公開了一種基于多繞組變壓器耦合的功率變換器，功率變換器為三相系統，包括多繞組變壓器和若干組AC/DC變換器，所述多繞組變壓器一次側連接交流電網，所述多繞組變壓器二次側連接AC/DC變換器交流側，所述AC/DC變換器直流側串聯連接形成中壓直流端口。本發明的優點是：通過多繞組變壓器耦合提高功率變換器傳輸容量與電壓等級，簡化系統控制策略提高了系統的可靠運行能力并且增加系統冗余性，在保證系統可靠運行的情況下能有效提高電網對分布式發電的消納能力。

技術領域

本發明涉及中壓直流輸電系統領域，具體涉及一種基于多繞組變壓器耦合的功率變換器。

背景技術

工業化所帶來的環境污染問題以及一次能源逐漸枯竭的現狀已經成為21世紀人類社會所面臨的兩大難題。環境污染主要由于一次能源的大規模消耗引起，所以解決以上兩個難題的根本在于能源轉型與替代，即開發利用清潔能源。

以風力發電和光伏發電為主的分布式發電(DG)成為一次能源的主要替代者，但是由于分布式發電的間歇性以及隨機性特征導致其大規模接入電網時會對大電網系統穩定運行構成一定的威脅，從而造成了局部地區出現“棄風棄光”現象，嚴重阻礙了分布式發電的開發利用。如何提高大電網系統對分布式發電的消納能力成為現階段的主要研究熱點。直流輸配電系統相比較于交流系統不存在頻率穩定問題，逐漸成為有效消納分布式發電的新型網絡構架，負荷側的多樣性發展也促進了直流輸配電系統的應用。

功率變換器是中壓直流輸電系統(MVDC)的重要組成部分。基于半控型器件晶閘管(SCR)的功率變換器在中壓直流輸電系統(MVDC)中得到廣泛應用，但是存在諧波污染、可控性低等缺點；以全控型器件絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為主的VSC可以實現四象限運行控制，逐漸成為MVDC功率變換器的主要拓撲結構，為了應用在高壓大容量場合，通常采用IGBT串聯組成VSC橋臂，從而導致控制系統更加復雜，降低了系統冗余性與可靠性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多繞組變壓器耦合的功率變換器，以期通過多繞組變壓器耦合提高功率變換器的傳輸容量與電壓等級，簡化系統控制策略從而提高系統冗余性與可靠性。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種基于多繞組變壓器耦合的功率變換器，功率變換器為三相系統，包括多繞組變壓器和若干組AC/DC變換器，所述多繞組變壓器一次側連接交流電網，所述多繞組變壓器二次側連接AC/DC變換器交流側，所述AC/DC變換器直流側串聯連接形成中壓直流端口。

優選的，所述多繞組變壓器一次側采用Yg型接線方式，二次側采用Δ型接線方式。

優選的，所述若干組的AC/DC變換器分為上橋臂單元和下橋臂單元，上橋臂單元和下橋臂單元直流端連接點O為接地點。

優選的，上橋臂單元和下橋臂單元各包括至少一個AC/DC變換器，上橋臂單元和下橋臂單元中包含的AC/DC變換器數量由中壓直流端口電壓和AC/DC變換器輸出電壓的大小確定。

優選的，所述AC/DC變換器采用電壓源型兩電平拓撲結構，交流側連接至多繞組變壓器二次側，直流側采用串聯的形式，形成中壓直流端口。

優選的，所述AC/DC變換器采用電壓源型三電平拓撲結構，與兩電平相比，直流側電容引出一個中點O，每相開關數量由兩個變為四個，同時增加一對鉗位二極管。相對中點O，每相輸出電壓變為三個相位。

與現有技術相比，本發明的優點是：通過多繞組變壓器耦合提高功率變換器傳輸容量與電壓等級，簡化系統控制策略提高了系統的可靠運行能力并且增加系統冗余性，在保證系統可靠運行的情況下能有效提高電網對分布式發電的消納能力。

附圖說明

圖1為本發明的基于多繞組變壓器耦合的功率變換器三相拓撲結構圖；

圖2為AC/DC變換器三相兩電平拓撲結構圖；