[發明專利]具備中壓直流及真雙極低壓直流端口的固態變壓器

有效

• 申請號: 201911214779.6
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110995030B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 張建文;周劍橋;馮欣;施剛;王晗;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02M7/219
• 分類號: H02M7/219;H02M3/335;H02J1/00;H02J3/02
• 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: 劉翠

本發明提供了一種具備中壓直流及真雙極低壓直流端口的固態變壓器，包括：模塊化多電平換流器以及多個隔離型雙向DC?DC變換器；模塊化多電平換流器的三相輸出和正負直流母線分別形成穩定的中壓交流和中壓直流端口；多個隔離型雙向DC?DC變換器的輸入側和模塊化多電平換流器子模塊的直流側互聯；其中，與模塊化多電平換流器上橋臂子模塊互聯的多個隔離型雙向DC?DC變換器在輸出側并聯，構成正極低壓直流端口；與模塊化多電平換流器下橋臂子模塊互聯的多個隔離型雙向DC?DC變換器在輸出側并聯，構成負極低壓直流端口；模塊化多電平換流器的橋臂采用基頻正序環流注入控制環路，實現低壓直流端口為真雙極型端口。

技術領域

本發明涉及電力系統技術領域中的智能配電網技術、電力電子技術以及控制技術，具體地，涉及一種具有中壓直流及真雙極低壓直流端口的固態變壓器。

背景技術

分布式電源和儲能的大量接入，直流負荷的快速發展，使得直流配電技術具有廣泛的應用前景。相比于交流配電技術，直流配電技術可更好的兼容分布式電源，儲能及直流負荷(電動汽車，數據中心，通信電站等)，無需接入逆變器而降低了設備成本，提高電能傳輸效率，降低線路及變換器總損耗，避免無功、頻率、相位同步等問題。

直流配電線路從電壓等級分類，包括中壓直流配電和低壓直流配電。中壓直流配電主要用于各區域交流配電網間的柔性互聯，從而提高配電網運行的靈活性和經濟性。低壓直流配電則服務于用戶側，為直流負荷和小型分布式電源提供靈活、可靠、高效的直流電力網絡。

直流配電線路從對地線極性分類，包括單極結構，偽雙極結構，真雙極結構三種。單極結構將提供對地單極性的直流端口，結構最為簡單，成本低，但可靠性較差，當直流母線出現故障時，所有負荷將面臨失電的風險，其線路對地絕緣為直流母線全電壓；偽雙極結構將提供對地正負極性的直流母線，但是工作方式類似單極性結構，無法實現正負兩極帶不對稱負荷運行，但是線路對地絕緣為直流母線電壓的一半，該結構可適用于中壓直流配電線路，線路故障時，不會影響各區域交流配電網的正常運行，且線路建造成本較低；真雙極結構將提供正負極性的低壓直流母線與接地中性線，該結構一方面可為負荷提供兩種電壓等級的直流端口(正/負極對地電壓，正負極間電壓)，另一方面雙極可獨立運行，可為不對稱負荷供電，且在單極故障時，不將影響另一極的用戶。真雙極結構具有最廣泛的適用性，其結合雙母線供電結構，可保證直流配電線路的高供電可靠性與直流負荷接入的靈活性。考慮到低壓用戶側直流負荷電壓等級的多樣性，用戶用電的安全性及可靠性，低壓直流配電線路需采用真雙極結構。

經過檢索發現：

Xunwei Yu等在IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS上發表的“SystemIntegration and Hierarchical Power Management Strategy for a Solid-StateTransformer Interfaced Microgrid System”(2014)論文中，提出了一種固態變壓器拓撲，可實現中壓交流配電網和低壓直流微網的互聯，但該固態變壓器僅能提供低壓單極直流母線，若要實現真雙極直流微網，需要兩套相同的固態變壓器裝置，裝置總成本較高。

因此，本領域目前亟需設計一種電力電子變換器，該電子電力變換器應當具備中壓交流、中壓直流、真雙極低壓直流三類端口，一方面，可通過中壓直流線路，實現區域交流配電網間的柔性互聯；另一方面，可引出真雙極低壓直流線路，具備帶不對稱負荷運行的能力，并為低壓直流負荷提供兩種可選電壓等級，節省裝置建設總成本。

目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的是提出一種具備中壓直流及真雙極低壓極直流端口的固態變壓器，該該固態變壓器可提供中壓交流、中壓直流、低壓直流三類端口，采用基于基頻正序環流注入方法，使低壓直流端口為真雙極型端口。